JP2014529163A - プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法を提供する。プラズマ発生装置は、誘電体窓を有し、トロイダル形の放電空間を有するチャンバと、チャンバの一部を包むように配置される磁性体コアと、磁性体コアを包むように配置される誘導コイルと、誘電体窓を通して超高周波を放射する導波管と、を含む。誘導コイルに流れる交流電流は、磁性体コアに磁束を形成し、磁束は、前記チャンバ内部に誘導結合プラズマを形成し、導波管に沿って進行する超高周波は、チャンバに超高周波プラズマを形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ発生装置に関するものとして、より詳細には、遠隔プラズマ発生装置に関する。

遠隔プラズマ発生装置は、プラズマを用いて活性種を生成し、生成された活性種を工程チャンバに提供して、洗浄工程などを進行する。つまり、遠隔プラズマ発生装置で生成されたプラズマは、プラズマが生成される位置と実際の工程が進行される位置がそれぞれ異なる。

本発明の解決しようとする一技術的課題は、超高周波プラズマ及び誘導結合プラズマを結合して、初期放電が容易で放電安定性があり、多くの流量を処理できる遠隔プラズマ発生装置を提供するものである。

本発明の解決しようとする一技術的課題は、超高周波プラズマ及び誘導結合プラズマを結合して、初期放電が容易で放電安定性があり、多くの流量を処理できる遠隔プラズマ発生方法を提供するものである。

本発明の一実施例によるプラズマ発生装置は、誘電体窓を有し、トロイダル形の放電空間を有するチャンバと、前記チャンバの一部を包むように配置される磁性体コアと、前記磁性体コアを包むように配置される誘導コイルと、前記誘電体窓を通して超高周波を放射する導波管と、を含む。誘導コイルに流れる交流電流は、前記磁性体コアに磁束を形成し、前記磁束は、前記チャンバ内部に誘導結合プラズマを形成し、前記導波管に沿って進行する超高周波は、前記チャンバに超高周波プラズマを形成する。

本発明の一実施例において、前記チャンバは、導電体であり、前記チャンバに発生する誘導電流を遮断する絶縁スペーサを含む。

本発明の一実施例において、前記チャンバは、第１ないし第４ボディを含み、前記第１ボディないし第４ボディは、順次に連結されて、トロイダル形の放電空間を提供し、前記磁性体コアは、第１磁性体コア及び第２磁性体コアを含み、前記第１磁性体コアは、前記第１ボディを包むように配置され、前記第２磁性体コアは、前記第３ボディを包むように配置される。

本発明の一実施例において、前記第１ボディ及び前記第３ボディは、電気的にフロートされる。

本発明の一実施例において、前記導波管は、第１スリットを有する第１導波管及び第２スリットを有する第２導波管を含み、前記誘電体窓は、第１誘電体窓及び第２誘電体窓を含み、前記第１誘電体窓は、前記第２ボディに装着され、前記第２誘電体窓は、第４ボディに装着され、前記第１スリットは、前記第１誘電体窓を通して超高周波を前記第２ボディに提供し、前記第２スリットは、前記第２誘電体窓を通して超高周波を前記第４ボディに提供する。

本発明の一実施例において、前記導波管は、第１スリット及び第２スリットを含み、前記誘電体窓は、第１誘電体窓及び第２誘電体窓を含み、前記第１誘電体窓は、前記第２ボディに装着され、前記第２誘電体窓は、前記第４ボディに装着され、前記第１スリットは、前記第１誘電体窓を通して超高周波を前記第２ボディに提供し、前記第２スリットは、前記第２誘電体窓を通して超高周波を前記第４ボディに提供する。

本発明の一実施例において、前記チャンバは、初期放電ガス及び工程ガスを提供するガス流入部と、解離されたガスを吐出するガス吐出部と、をさらに含み、前記ガス流入部は、前記第１ボディに装着され、前記ガス吐出部は、前記第３ボディに装着される。

本発明の一実施例において、前記チャンバは、初期放電ガス及び工程ガスを提供するガス流入部と、解離されたガスを吐出するガス吐出部と、をさらに含み、前記ガス流入部は、前記第２ボディに装着され、前記ガス吐出部は、前記第４ボディに装着される。

本発明の一実施例において、前記第３ボディ及び第４ボディは、外側面の陥没部をさらに含み、前記第１磁性体コアは、前記第１ボディの前記陥没部に結合し、前記第２磁性体コアは、前記第３ボディの前記陥没部に結合する。

本発明の一実施例において、前記第２ボディ又は前記第４ボディは、上板及び下板を含み、前記上板の一面には、トレンチが形成され、前記下板の一面には、トレンチが形成され、前記上板のトレンチと前記下板のトレンチが結合して、前記放電空間を形成する。

本発明の一実施例において、前記誘導コイルは、第１磁性体コアを包む第１誘導コイルと、第２磁性体コアを包む第２誘導コイルと、を含み、前記第１誘導コイルは、第１交流電源に連結され、前記第２誘導コイルは、第２交流電源に連結される。

本発明の一実施例において、前記導波管と前記誘電体窓との間に配置される冷却ブロックをさらに含む。

本発明の一実施例において、前記導波管に超高周波を供給する超高周波発生器と、超高周波発生器と前記導波管との間に配置されて、インピーダンスマッチングのためのチューナと、超高周波発生器と前記導波管との間に配置されて、反射波又は進行波の一部を抽出する方向性結合器と、アイソレータと、反射波を消耗するダミーロードと、高周波発生器の進行波は、前記導波管に提供し、負荷で反射する反射波は、前記ダミーロードに提供するサーキュレータのうち少なくとも一つをさらに含む。

本発明の一実施例において、前記チャンバの内部断面は、四角形である。

本発明の一実施例において、前記磁性体コアは、フェライト又はナノ結晶コアである。

本発明の一実施例において、前記導波管の断面は、長方形である。

本発明の一実施例において、前記誘電体窓は、板形であり、前記誘電体窓は、クォーツ、アルミナ、セラミック、サファイア、窒化アルミニウム、及びこれらの組合せのうち少なくとも一つを含む。

本発明の一実施例において、前記第１ボディ及び前記第３ボディは、絶縁体であり、前記第２ボディ及び前記第４ボディは、導電体である。

本発明の一実施例において、前記第１ボディないし前記第４ボディは、互いに絶縁スペーサによって電気的に分離される。

本発明の一実施例によるプラズマ発生装置は、閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）を形成する磁性体コアと、前記磁性体コアの閉ループを貫通して配置され、少なくとも一つの閉ループの放電空間を含み、誘電体窓を有するチャンバと、前記磁性体コアを包むように配置される誘導コイルと、スリットを含み、前記スリット及び前記誘電体窓を通して超高周波を放射する導波管と、を含む。前記誘導コイルに流れる交流電流は、前記磁性体コアに磁束を形成し、前記磁束は、前記チャンバ内部に誘導結合プラズマを形成し、前記導波管に沿って進行する超高周波は、前記チャンバ内部に超高周波プラズマを形成する。

本発明の一実施例によるプラズマ発生装置は、閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）を形成する磁性体コアと、前記磁性体コアの閉ループを貫通して配置され、少なくとも一つの閉ループの放電空間及び開口部を含むチャンバと、前記磁性体コアを包むように配置される誘導コイルと、前記チャンバと、前記スリット開口部に配置される誘電体窓と、スリットを含み、前記スリット及び前記誘電体窓を通して超高周波を放射する導波管と、を含む。前記誘導コイルに流れる交流電流は、前記磁性体コアに磁束を形成し、前記磁束は、誘導結合プラズマを形成し、前記導波管に沿って進行する超高周波は、前記チャンバ内部に超高周波プラズマを形成する。

本発明の一実施例によるプラズマ発生方法は、初期放電ガス又は工程ガスを誘電体窓を有し、トロイダル形の放電空間を含むチャンバに提供する段階と、前記誘電体窓を通して超高周波を提供して、前記放電空間に超高周波プラズマを生成する段階と、前記チャンバを包む磁性体コアを包む誘導コイルに交流電力を提供して、前記放電空間に誘導結合プラズマを生成する段階と、を含む。

本発明の一実施例において、前記チャンバでプラズマによって解離された解離ガスを工程チャンバに提供して、前記工程チャンバの洗浄工程を進行する段階をさらに含む。

本発明の一実施例において、前記初期放電ガスは、不活性ガス及び窒素ガスのうち少なくとも一つを含み、前記工程ガスは、フッ素含有ガス及び酸素ガスのうち少なくとも一つを含む。

本発明の一実施例において、前記初期放電ガス及び前記工程ガスの流量比を変更する段階をさらに含む。

本発明の一実施例による誘導結合プラズマのプラズマ初期放電装置において、誘電体窓を有し、少なくとも一つの閉ループの放電空間を含むチャンバと、スリットを含み、前記スリット及び前記誘電体窓を通して超高周波を放射する導波管と、を含み、前記導波管に沿って進行する超高周波は、前記チャンバ内部に超高周波を用いて、初期プラズマ放電させる。

本発明の一実施例による遠隔プラズマ発生装置は、超高周波プラズマ及び誘導結合プラズマを結合して、初期放電が容易で放電安定性があり、多くの流量を処理することができる。

本発明の一実施例によるプラズマ発生装置を説明する概念図である。 本発明の一実施例によるプラズマ発生装置を説明する斜視図である。 図２のプラズマ発生装置の分解斜視図である。 図２のＩ−Ｉ’線に沿って切った断面図である。 図２のＩＩ−ＩＩ’線に沿って切った断面図である。 本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置を説明する斜視図である。 図６のＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿って切った断面図である。 本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置を説明する分解斜視図である。 図８のＩＶ−ＩＶ’線に沿って切った断面図である。 本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置を説明する分解斜視図である。 図１０のＶ−Ｖ’線に沿って切った断面図である。 本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置を説明する断面図である。 本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置を説明する断面図である。 本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置を説明する断面図である。

洗浄用遠隔プラズマ発生装置の第１世代は、超高周波プラズマ発生装置を用いた。しかし、超高周波プラズマ発生装置は、多くの流量の処理に限界があり、構造的に体積が大きく、導波管などの部品の価格が高い。また、超高周波電力が空間的に集中して絶縁体のチューブに提供されて、絶縁体チューブは、定期的に取り替えなければならない。したがって、維持・補修が難しい。

洗浄用遠隔プラズマ発生装置の第２世代は、トロイダル形誘導結合プラズマ発生装置を用いた。トロイダル形誘導結合プラズマは、超高周波プラズマより多くの流量を処理することができる。しかし、トロイダル形誘導結合プラズマは、初期放電の困難さがある。したがって、トロイダル形誘導結合プラズマは、通常、点火用蓄電結合電極（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒ ｉｇｎｉｔｉｏｎ）を使用する。

しかし、点火用電極は、高電圧が要求される。前記点火用電極に高電圧が印加される場合、前記点火用電極及び隣接したチャンバは、スパッタリングに弱い。スパッタリングした物質は、チャンバの耐久性を減少させ、工程チャンバに入って汚染物質に作用する。また、トロイダル形誘導結合プラズマ発生装置は、ＮＦ_３（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｔｒｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）などの工程ガスを放電する場合、放電が維持されずに消える問題がある。アルゴン（Ａｒ）のような初期放電ガスをチャンバに提供し、点火用電極に高電圧を印加して放電を維持する。その後、工程ガスを投入し、工程ガスプラズマが生成される。したがって、工程ガスで放電が不安定な場合、反復的に初期放電を行うため、工程時間が増える。

したがって、初期放電が容易で、ＮＦ_３のような工程ガスでも放電安全性が高く、多くの流量を処理できる遠隔プラズマ発生装置が求められる。

以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施例に限定されず、他の形態に具体化されることもある。むしろ、ここで紹介される実施例は、開示された内容が徹底的且つ完全になるように、そして当業者において本発明の思想を充分に伝達できるように提供されものである。図面において、構成要素は、明確性を期するために誇張された。明細書全体にかけて、同一の参照番号で表示された部分は、同一の構成要素を示す。

図１は、本発明の一実施例によるプラズマ発生装置を説明する概念図である。

図１に示すように、プラズマ発生装置１００は、誘電体窓１１９を有し、トロイダル形の放電空間１２１を有するチャンバ１２２、前記チャンバ１２２の一部を包むように配置される磁性体コア１２４、前記磁性体コア１２４を包むように配置される誘導コイル１２６、及び前記誘電体窓１１９を通して超高周波を放射する導波管１１６を含む。

誘導コイル１２６に流れる交流電流は、前記磁性体コア１２４に磁束を形成し、前記磁束は、前記チャンバ１２２内部に誘導結合プラズマを形成する。前記導波管１１６を進行する超高周波は、前記チャンバ１２２に超高周波プラズマを形成する。

前記チャンバ１２２は、導電体である。 前記チャンバ１２２は、前記チャンバ１２２に発生する誘導電流を遮断する絶縁スペーサ（図示せず）を含む。前記チャンバ１２２は、少なくとも一つの閉経路（ｃｌｏｓｅｄ ｐａｔｈ）を形成する。前記チャンバ１２２は、トロイダル形の放電空間１２１を形成する。前記チャンバ１２２は、電気的に絶縁された複数の部品で形成される。

前記チャンバ１２２の内部断面は、長方形である。長方形の断面は、超高周波が容易に伝達されるための構造である。前記チャンバ１２２は、冷媒によって冷却される。前記チャンバ１２２の内部放電空間は、絶縁体でコーティングされる。又は、前記放電空間の一部に誘電体管が挿入される。前記誘電体管は、腐食性ガスによってチャンバ１２２の腐食を防止する。例えば、前記チャンバ１２２は、アルミニウムで形成され、前記放電空間は、アノダイジング（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）処理されて、アルミニウム酸化膜でコーティングされる。

前記チャンバ１２２の外部表面は、誘導電場によって加熱される。前記チャンバ１２２の表面は、誘導電場による誘導電流の経路を遮断するように複数のトレンチを含む。前記トレンチは、前記誘導電場を横切るように配置される。

前記チャンバ１２２は、ガス流入部１３１ａ及びガス吐出部１３１ｂを含む。前記ガス流入部１３１ａは、初期放電ガス及び工程ガスを前記チャンバ１２２に提供する。前記初期放電ガスは、不活性ガス及び窒素ガスのうち少なくとも一つを含む。前記工程ガスは、フッ素を包含ガス及び酸素ガスのうち少なくとも一つを含む。前記ガス吐出部１３１ｂは、プラズマによって解離されたガスを吐出する。前記ガス流入部は、２つの入り口を含む。つまり、初期放電ガスを提供する入り口と工程ガスを提供する入り口が異なる。前記ガス流入部１３１ａの内部の断面図又はガス吐出部１３１ｂの内部断面は、前記チャンバの内部断面と同一である。

前記誘電体窓１１９は、超高周波を透過させ、真空を維持する材質である。前記誘電体窓１１９の材質は、クォーツ、アルミナ、サファイア、窒化アルミニウム、アルミニウム酸化膜、アルミニウム窒化膜、及びこれらの組合せのうち少なくとも一つである。前記誘電体窓１１９は、板形である。しかし、前記誘電体窓は、チャンバ形状に合わせて変形される。

たとえば、前記誘電体窓１１９は、絶縁体板上に順次に積層した導電性薄膜、及び絶縁性薄膜のうち少なくとも一つを含む。前記導電性薄膜は、熱伝導率が良い導電性物質でコーティングされる。ただし、前記導電性薄膜は、スリット１１７に対応される開口部を有する。超高周波は、前記開口部を通して前記チャンバ１２２内部に伝達される。前記導電性薄膜は、前記誘電体窓を冷却させることができる。

導波管１１６は、スリット１１７を含み、前記スリット１１７は、超高周波を放射する。前記超高周波は、前記スリット１１７及び誘電体窓１１９を通して前記チャンバ１２２内部に伝達される。前記チャンバ１２２内部に伝達された超高周波は、超高周波プラズマを形成する。前記誘電体窓と前記導波管との間に冷却のための冷却ブロックが追加的に配置される。前記導波管１１６は、長方形の導波管である。

前記導波管１１６の一端は、超高周波発生器に連結され、前記導波管１１６の他端は、金属板で塞がっている。これによって、前記超高周波は、前記スリット１１７を通して放射される。前記導波管１１７は、対称的な構造を有するように前記チャンバ１２２の外側又は内側に配置される。

超高周波プラズマは、局部的に強い電磁波によって形成される。これによって、前記超高周波プラズマと接触する領域は加熱される。特に、フッ素含有ガスが放電される場合、加熱された前記誘電体窓は簡単にエッチングされる。これを防止するために、前記導波管１１６と前記誘電体窓１１９との間には、冷却ブロックが配置される。前記冷却ブロックは、前記誘電体窓１１９を冷却する。前記冷却ブロックは、アルミニウムのような熱伝導性の優れた物質である。前記冷却ブロックは、冷媒によって冷却するか、或いは加圧空気によって冷却される。

超高周波発生器１１０は、前記導波管１１６に超高周波を供給する。前記超高周波発生器１１０の周波数は、１ＧＨｚないし２０ＧＨｚである。前記超高周波発生器１１０の電力は、数十ワット（Ｗａｔｔ）ないし数キロワット（ｋＷａｔｔ）である。前記超高周波発生器１１０は、２.４５ＧＨｚのマグネトロン（ｍａｇｎｅｔｒｏｎ）である。家庭用電子レンジに使用されるマグネトロンは、安価であり、小型である。したがって、前記超高周波発生器１１０は、安価で超高周波プラズマを形成する。

インピーダンスマッチングのためのチューナ１１５は、選択的に超高周波発生器１１０と前記導波管１１６との間に配置される。前記チューナ１１５は、スタブチューナ（ｓｔｕｂ ｔｕｎｅｒ）又はプランジャ（ｐｌｕｎｇｅｒ）である。前記スタブチューナは、前記導波管１１６と前記超高周波発生器１１０との間に配置されて、反射波を最小化させる。前記プランジャ（ｐｌｕｎｇｅｒ）は、前記導波管１１６の端に挿入される。

方向性結合器１１４は、選択的に、超高周波発生器１１０と前記導波管１１６との間に配置されて、反射波又は進行波の一部を抽出する。ダミーロード（ｄｕｍｍｙ ｌｏａｄ）は、選択的に反射波を消耗する。サーキュレータ１１３は、３ポート素子で、超高周波発生器の進行波は、導波管１１６に伝達し、前記導波管１１６又は負荷で反射する反射波は、ダミーロード１１２に提供する。アイソレータは２ポート素子で、超高周波発生器１１０の進行波は、前記導波管１１６に伝達し、反射波は遮断する。

前記磁性体コア１２４は、フェライト又はナノ結晶（ｎａｎｏ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）コアである 。ナノ結晶コアの場合、透磁率は１５０００以上である。これによって、前記磁性体コア１２４の体積が減少し、ヒステリシスによる熱損失が減少する。前記磁性体コア１２４は、閉ループを形成する。これによって、磁束は、前記磁性体コア１２４に集中する。前記磁性体コア１２４の渦電流（ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ）による熱損失を減少させるため、前記磁性体コア１２４は、複数の部品に分離される。前記磁性体コアは、チャンバの一部を包むように配置される。

誘導コイル１２６は、銅又は銀のような導電性の良い物質で形成される。前記誘導コイル１２６は、広い帯の形を有する。前記誘導コイル１２６は、前記チャンバ１２２と絶縁されるように絶縁体でコーティングされる。

前記誘導コイル１２６は、交流電源１２８に連結される。前記交流電源１２８の周波数は、１０ｋＨｚないし１０ＭＨｚである。好ましくは、前記交流電源１２８の周波数が１００ｋＨｚないし１ＭＨｚである。前記交流電源１２８の電力は、処理容量に比例して増加するが、通常、数キロワットないし数百キロワットである。

前記誘導コイル１２６に流れる交流電流は、前記磁性体コア１２４に磁束を誘導する。前記時変磁束（ｔｉｍｅ ｖａｒｙｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ）は、前記磁性体コア１２４の中心軸方向に誘導電場を誘導する。前記誘導電場は、前記チャンバ１２２内部の放電空間で誘導結合プラズマを形成する。また、前記誘導電場は、導電性チャンバでオーム加熱（ｏｈｍｉｃ ｈｅａｔｉｎｇ）によって熱を発生させる。前記チャンバ１２２は、オーム加熱を減少させるため、電気的に互いに分離された複数の部品で形成される。

前記チャンバ１２２の圧力は、数百ミリトルに（ｍＴｏｒｒ）ないし数百トル（Ｔｏｒｒ）である。誘導結合プラズマは、数十トル以上で工程ガスを用いるため、放電が維持されない。しかし、本発明の一実施例によるプラズマ発生装置は、超高周波放電の助けで、数十トル以上で工程ガスを用いて放電を維持する。また、本発明の一実施例によるプラズマ発生装置は、誘導結合プラズマだけで処理可能な流量より数十％以上処理することができる。前記処理流量の増加は、安定的な超高周波プラズマ放電及び誘導結合プラズマと結合による相乗効果に起因する。また、超高周波プラズマ放電による初期放電の容易性によって、誘導結合プラズマを形成する交流電源の動作電圧が減少する。これによって、交流電源の価格が減少する。

誘導結合プラズマの特性と超高周波プラズマの特性は、互いに異なる。したがって、誘導結合プラズマが適用できない応用分野においても、本発明の一実施例によるプラズマ発生装置は適用される。例えば、前記プラズマ発生装置は、大気圧近くの圧力でも動作するため、廃棄物処理、オゾンを生成して殺菌する殺菌工程などに適用される。

ガス吐出部１３１ｂは、解離された工程ガスを工程容器１３２に提供する。前記工程容器１３２は、エッチング工程、蒸着工程、アッシング（ａｓｈｉｎｇ）工程などを行う。前記蒸着工程の場合、前記工程容器は、別途蒸着工程ガスの供給を受ける。前記工程容器は、ガス分配部１３４、基板１３８、及び基板ホルダ１３６を含む。前記基板１３８は、半導体基板、ガラス基板、プラスチック基板、及び金属基板である。前記工程容器１３２が汚染された場合、前記プラズマ発生装置は、解離された工程ガスを前記工程容器に提供して洗浄工程を行う。

基板の大きさが増加するに従って、前記工程容器の体積が増加して、前記プラズマ発生装置は、数ＳＬＭ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）ないし数百ＳＬＭの解離された工程ガスを前記工程容器に提供する。

本発明の一実施例によるプラズマ発生方法は、初期放電ガス及び/又は工程ガスを、誘電体窓を有し、トロイダル形の放電空間を有するチャンバに提供する。その後、超高周波発生器は、前記誘電体窓を通して超高周波を提供して超高周波プラズマを生成する。交流電源は、前記チャンバを包む磁性体コアを包む誘導コイルに交流電力を提供して、前記チャンバの内部に誘導結合プラズマを生成する。

前記初期放電ガスは、初期放電に容易なアルゴンガスなどのような不活性ガス又は窒素ガスである。前記工程ガスは、フッ素含有ガス又は酸素ガスである。

具体的に、前記工程ガスはＮＦ_３であり、初期放電ガスはアルゴンガスである。前記チャンバでプラズマによって解離された解離ガスは、工程チャンバに提供され、洗浄工程が行われる。

従来の誘導結合プラズマは、低い圧力で初期放電ガスを用いて放電し、圧力を増加しながら工程ガスをチャンバに投入する。したがって、工程ガスが解離されるまで待機時間が長い。

しかし、本発明の一実施例によるプラズマ発生方法は、工程ガスと初期放電ガスを高い圧力で同時に投入する。工程ガスの割合は、初期放電ガスに対して５％以上である。超高周波放電は、高い圧力でも容易に且つ安定的に放電される。したがって、工程ガスと初期放電ガスの流量比を調節して、工程ガスの放電が可能である。したがって、待機時間が著しく減少する。

また、誘導結合プラズマは、初期放電のために蓄電結合電極を用いるが、蓄電結合プラズマは、面積が増加するほど放電が容易である。蓄電結合電極の面積の増加は限界がある。蓄電結合電極の面積の増加は、スパッタリングを起こす。また、蓄電結合プラズマを形成するために、別途の高電圧を誘発する高電圧電源が求められる。前記高電圧電源は、別途の費用を求める。また、蓄電結合プラズマは、強い電場を用いるため、アークに弱い。また、誘導結合プラズマ発生時にも、蓄電結合電極はアークを発生させる。一度アークが発生すると、継続してアークが発生して、装備の寿命を著しく減少させる。

しかし、本発明による初期放電は、超高周波を用いてアークが発生しない。また、蓄電結合プラズマで発生するスパッタリング問題がない。また、誘導結合プラズマのみを用いて工程ガスを放電する場合、放電は容易に止まる。

しかし、本発明の一実施例によるプラズマ発生装置は、超高周波放電が常に維持されて放電不安定性が除去される。また、放電不安定性が除去されて、本発明の一実施例によるプラズマ発生装置は、処理流量を容易に増加させる。また、超高周波プラズマと誘導結合プラズマが結合して、処理流量をさらに増加させる。

既存の蓄電結合電極を用いたイグナイタ（ｉｇｎｉｔｅｒ）を使用した場合に比べて超高周波プラズマをイグナイタ（ｉｇｎｉｔｅｒ）で使用した場合、アルゴン（Ａｒ）で磁性体コアを包む２次側のプラズマ形成開始電圧（又は、１次側コイルの印加電圧）が大幅に減少する。具体的に、１次側コイルの印加電圧は、１/３程度減少する。１次側コイルの印加電圧の減少は、交流電源の出力の安定性に役立ち、少ない電圧で初期放電が形成されるため、初期放電時に発生する高電圧によるチャンバ内部のアーキングを著しく減少させる。交流電源は、低い電圧で動作する。

また、超高周波放電は、超高周波発生器と導波管のみで放電が可能である。また、超高周波発生器は、家庭用マグネトロンを使用する場合、超高周波放電のための設備の価格は安い。

図２は、本発明の一実施例によるプラズマ発生装置を説明する斜視図である。

図３は、図２のプラズマ発生装置の分解斜視図である。

図４は、図２のＩ−Ｉ’線に沿って切った断面図である。

図５は、図２のＩＩ−ＩＩ’線に沿って切った断面図である。

図２ないし図５に示すように、プラズマ発生装置２００は、誘電体窓２４７ａ、２４７ｂを有してトロイダル形の放電空間を有するチャンバ２５２、前記チャンバ２５２の一部を包むように配置される磁性体コア２５４ａ、２５４ｂ、前記磁性体コア２５４ａ、２５４ｂを包むように配置される誘導コイル２５９ａ、２５９ｂ、及び前記誘電体窓２４７ａ、２４７ｂを通して超高周波を放射する導波管２４０ａ、２４０ｂを含む。誘導コイル２５９ａ、２５９ｂに流れる交流電流は、前記磁性体コア２５４ａ、２５４ｂに磁束を形成し、前記磁束は、前記チャンバ２５２内部に誘導結合プラズマを形成する。前記導波管２４０ａ、２４０ｂを進行する超高周波は、前記チャンバ２５２に超高周波プラズマを形成する。

前記チャンバ２５２は、導電性物質で形成される。前記導電性物質は、アルミニウムである。前記チャンバ２５２は、第１ないし第４ボディ２５２ａ〜２５２ｄを含む。前記第１ボディないし第４ボディ２５２ａ〜２５２ｄは、順次に連結されてトロイダル形の放電空間を提供する。前記第１ボディないし第４ボディ２５２ａ〜２５２ｄは、絶縁スペーサ２６１を通して互いに電気的に絶縁される。

前記第１ボディ２５２ａは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第１ボディ２５２ａの内部にホールが配置される。前記ホールは、第１ホール、第２ホール、及び第３ホールを含む。前記第１ホールは、前記第１ボディの一端から−ｙ軸方向に貫通して形成される。前記第２ホールは、前記第１ホールの中間で連結され、ｚ軸方向に延長される。前記第３ホールは、前記第１ボディの他端で前記第２ホールに連結されて−ｙ軸方向に形成される。前記第１ボディの他端にはポートが設置される。

ガス吐出部２５６ａは、前記第１ホールに連結して配置される。前記ガス吐出部２５６ａの形状は、前記第１ホールの形状と同一である。前記ガス吐出部２５６ａは、絶縁スペーサ２６１を通して電気的に絶縁すると同時に、第１ボディ２５２ａと結合する。前記ガス吐出部２５６ａは接地される。前記第１ボディ２５２ａは、冷媒によって冷却される。前記ガス吐出部２５６ａの断面は、前記第１ボディ２５２ａの断面と同一である。

前記第１ボディ２５２ａの外周には、第１磁性体コア２５４ａが配置される。前記第１磁性体コア２５４ａは、フェライト又はナノ結晶（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）コアである。第１誘導コイル２５９ａは、前記第１磁性体コア２５４ａを包むように配置される。前記第１誘導コイル２５９ａは、第１交流電源２２８ａに連結される。第１誘導コイル２５９ａは、変圧器の１次コイルを形成し、前記チャンバ２５２に形成された誘導結合プラズマは、変圧器の２次コイルを形成する。前記第１誘導コイル２５９ａに流れる電流は、前記第１磁性体コア２５４ａに磁束を誘導し、磁束の時間による変化は、誘導電場を前記チャンバ２５２内部に生成する。前記誘導電場は、誘導結合プラズマを形成する。前記チャンバ２５２が変圧器の２次コイルにならないよう、前記第１ボディ２５２ａは、電気的にフロートされる。

第２ボディ２５２ｂは、ｙ軸方向に整列される。前記第２ボディ２５２ｂは、長方形の柱状である。前記第２ボディ２５２ｂをｙ軸方向に貫通するホールが形成される。前記第２ボディ２５２ｂのホールは、前記第１ボディ２５２ａのホールに連結して放電空間を形成する。前記第２ボディ２５２ｂの外側面に第１導波管２４０ａが配置される。前記第２ボディ２５２ｂは、冷媒によって冷却される。

前記第１導波管２４０ａは、長方形の導波管である。前記第１導波管２４０ａは、ＷＲ２８４である。前記第１導波管２４０ａと前記第２ボディ２５２ｂが接触する面に第１スリット２４９ａが形成される。前記第１スリット２４９ａは、前記第１導波管２４０ａで進行する超高周波を第１誘電体窓２４７ａ方向に放射する。前記第１スリット２４９ａの形状は、長方形又は正方形である。前記第１導波管２４０ａの進行方向は、ｘ軸方向である。前記第１導波管２４０ａの断面で長い方向（ｙ軸方向）の面は、前記第２ボディ２５２ｂと接触する。前記第１スリット２４９ａは、第１導波管の断面で長い方向（ｙ軸方向）に延長される。前記第１導波管２４０ａの一面は、超高周波発生器から超高周波の提供を受ける。前記第１導波管２４０ａの他面は、導電体板２４２で塞がる。

第１誘電体窓２４７ａは、板形状である。前記第１誘電体窓２４７ａと第２ボディ２５２ｂとの間にＯリングのようなシーリング手段が配置される。

第１冷却ブロック２４４ａは、前記第１導波管２４０ａと前記第２ボディ２５２ｂとの間に配置される。前記第１冷却ブロック２４４ａは、貫通ホール２４５を含む。前記第１冷却ブロック２４４ａの貫通ホール２４５は、前記第１スリット２４９ａを通して放射された超高周波を前記第１誘電体窓２４７ａを通して前記チャンバ２５２内部に伝達する。前記第１冷却ブロック２４４ａは、冷媒を通して冷却される。これによって、前記第１冷却ブロック２４４ａは、前記第１誘電体窓２４７ａを冷却する。

第３ボディ２５２ｃは、第１ボディ２５２ａと同一の構造である。第３ボディ２５２ｃは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第３ボディ２５２ｃは、第１ホール、第２ホール、及び第３ホールを含む。第１ホールは、前記第３ボディ２５２ｃの一端でｙ軸方向に形成された貫通ホールである。第２ホールは、前記第１ホールに連結されて−ｚ軸方向に延長される。前記第３ホールは、前記第３ボディ２５２ｃの他端で第２ホールに連結されてｙ軸方向に延長される。前記第１ホールは、第２ボディ２５２ｂのホールに連結される。ガス流入部２５６ｂは、前記第１ホールに連結されて初期放電ガス及び工程ガスを提供する。前記ガス流入部２５６ｂの断面は、前記第３ボディ２５２ｃの断面と同一である。

前記ガス流入部２５６ｂは接地され、前記第３ボディ２５２ｃは、フロートされる。これによって、前記ガス流入部２５６ｂと、前記第３ボディ２５２ｃが結合する部位に電気的に絶縁させる絶縁スペーサ２６１が配置される。第３ボディ２５２ｃの周りは、第２磁性体コア２５４ｂが巻かれる。前記第２磁性体コア２５４ｂは、第１磁性体コア２５４ａと同一の構造である。前記第２磁性体コア２５４ｂは、フェライト材質又はナノ結晶材質である。前記第２誘導コイル２５９ｂは、前記第２磁性体コア２５４ｂを包むように配置される。前記第２誘導コイル２５９ｂは、第２交流電源２２８ｂに連結される。前記第２誘導コイル２５９ｂに流れる交流電流は、前記第２磁性体コア２５４ｂに磁束を誘導する。前記磁束は、前記第３ボディ２５２ｃに誘導電場を形成し、前記誘導電場は、放電空間内部に誘導結合プラズマを形成する。前記第１交流電源２２８ａによって誘導される誘導電場の方向と前記第２交流電源２２８ｂによって誘導される誘導電場の方向は、互いに反対方向である。

第４ボディ２５２ｄは、第２ボディ２５２ｂと同一の構造である。第４ボディ２５２ｄの外側に第２導波管２４０ｂが配置される。前記第２導波管２４０ｂの第２スリット２４９ｂは、前記第４ボディ２５２ｄと接触する面に配置される。前記第４ボディ２５２ｄは、第２誘電体窓２４７ｂを含む。第２スリット２４９ｂは、超高周波を放射して前記第２誘電体窓２４７ｂを通して前記第４ボディ２５２ｄの内部に超高周波を伝達する。前記超高周波は、超高周波プラズマを形成する。前記第２導波管２４０ｂの一面は、超高周波発生器から超高周波の提供を受け、前記第２導波管２４０ｂの他面は、導電体板２４２で塞がる。

前記第２冷却ブロック２４４ｂは、前記第２導波管２４０ｂと前記第４ボディ２５２ｄとの間に配置される。前記第２冷却ブロック２４４ｂは、貫通ホール２４５を含む。前記第２冷却ブロック２４４ｂの貫通ホール２４５は、第２スリット２４９ｂを通して放射された超高周波を前記第２誘電体窓２４７ｂを通してチャンバ２５２内部に伝達する。第４ボディ２５２ｄは、絶縁スペーサ２６１を通して前記第１ボディ２５２ａと結合する。

前記第１ボディないし第４ボディ２５２ａ〜２５２ｄの内部放電空間の断面は、長方形である。前記第１ボディ２５２ａ及び前記第３ボディ２５２ｃは、電気的にフロートされ、前記第２ボディ２５２ｂ及び前記第４ボディ２５２ｄは、電気的に接地される。

誘導結合プラズマは、主に、第１ボディ２５２ａ及び第３ボディ２５２ｃで生成され、超高周波プラズマは、主に、第２ボディ２５２ｂ及び第４ボディ２５２ｄで形成される。これによって、誘導結合プラズマが発生する領域と、超高周波プラズマが発生する領域が互いに区別される。超高周波プラズマは、拡散して誘導結合プラズマが発生する領域に移動する。一方、誘導結合プラズマ効率は、変圧器の２次軸に流れる電流に比例する。誘導結合プラズマは、第１ボディ２５２ａ及び第３ボディ２５２ｃで主に形成される。第２ボディ２５２ｂ及び第４ボディ２５２ｄで超高周波プラズマが形成されない場合、前記誘導結合プラズマは、第２ボディ及び第４ボディで再結合によって殆ど消滅する。しかし、本発明においては、第２ボディ２５２ｂ及び第４ボディ２５２ｄで形成された超高周波プラズマは、変圧器の２次軸を形成して、前記誘導結合プラズマ効率を上昇させる。

本発明の変形された実施例によると、前記超高周波を放射するためのスリットは、導電体板２４２に形成される。前記スリットが形成された導電体板が前記誘電体窓と接触して配置される。

図６は、本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置を説明する斜視図である。

図７は、図６のＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿って切った断面図である。

図６及び図７に示すように、プラズマ発生装置３００は、誘電体窓３４７ａ、３４７ｂを有してトロイダル形の放電空間を有するチャンバ３５２、前記チャンバ３５２の一部を包むように配置される磁性体コア３５４ａ、３５４ｂ、前記磁性体コア３５４ａ、３５４ｂを包むように配置される誘導コイル３５９ａ、３５９ｂ、及び前記誘電体窓３４７ａ、３４７ｂを通して超高周波を放射する導波管３４０ａ、３４０ｂを含む。誘導コイル３５９ａ、３５９ｂに流れる交流電流は、前記磁性体コア３５４ａ、３５４ｂに磁束を形成し、前記磁束は、前記チャンバ３５２内部に誘導結合プラズマを形成する。前記導波管３４０に沿って進行する超高周波は、前記チャンバ３５２に超高周波プラズマを形成する。

前記チャンバ３５２は、導電性物質で形成される。前記導電性物質は、アルミニウムである。前記チャンバ３５２は、第１ないし第４ボディ３５２ａ〜３５２ｄを含む。前記第１ボディないし第４ボディ３５２ａ〜３５２ｄは、順次に連結されてトロイダル形の放電空間を提供する。前記第１ボディないし第４ボディ３５２ａ〜３５２ｄは、絶縁スペーサ３６１を通して互いに電気的に絶縁される。

前記第１ボディ３５２ａは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第１ボディ３５２ａの内部にホールが配置される。前記ホールは、第１ホール、第２ホール、及び第３ホールを含む。前記第１ホールは、前記第１ボディの一端で−ｙ軸方向に貫通して形成される。前記第２ホールは、前記第１ホールの中間で連結され、ｚ軸方向に延長される。前記第３ホールは、前記第１ボディの他端で前記第２ホールに連結されて−ｙ軸方向に形成される。前記第１ボディの他端には、ポートが設置される。ガス吐出部３５６ａは、前記第１ホールに連結されて配置される。前記ガス吐出部３５６ａの形状は、前記第１ホールの形状と同一である。前記ガス吐出部３５６ａは、絶縁スペーサ３６１を通して電気的に絶縁すると同時に、第１ボディ３５２ａと結合する。前記ガス吐出部３５６ａは、接地される。前記第１ボディ３５２ａは、冷媒によって冷却される。前記ガス吐出部３５６ａの断面は、前記第１ボディ３５２ａの断面と同一である。前記第１ボディ３５２ａは、外側面の陥没部３５５を含む。

前記第１ボディ３５２ａの陥没部３５５には、第１磁性体コア３５４ａが配置される。前記第１磁性体コア３５４ａは、フェライト又はナノ結晶（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）コアである。第１誘導コイル３５９ａは、前記第１磁性体コア３５４ａを包むように配置される。前記第１誘導コイル３５９ａは、第１交流電源に連結される。第１誘導コイル３５９ａは、変圧器の１次コイルを形成し、前記チャンバ３５２に形成された誘導結合プラズマは、変圧器の２次コイルを形成する。前記第１誘導コイル３５９ａに流れる電流は、前記第１磁性体コア３５４ａに磁束を誘導し、磁束の時間による変化は、誘導電場を前記チャンバ３５２内部に生成する。前記誘導電場は、誘導結合プラズマを形成する。前記チャンバ３５２が変圧器の２次コイルにならないよう、前記第１ボディ３５２ａは、電気的にフロートされる。

第２ボディ３５２ｂは、ｙ軸方向に整列される。前記第２ボディ３５２ｂは、長方形の柱状である。前記第２ボディ３５２ｂをｙ軸方向に貫通するホールが形成される。前記第２ボディ３５２ｂのホールは、前記第１ボディ３５２ａのホールに連結されて放電空間を形成する。

前記第２ボディ３５２ｂと第４ボディ３５２ｄとの間に導波管３４０が配置される。前記第２ボディ３５２ｂは、冷媒によって冷却される。

前記導波管３４０は、長方形の導波管である。前記導波管３４０は、ＷＲ２８４である。前記導波管３４０と前記第２ボディ３５２ｂが接触する面に第１スリット３４９ａが形成され、前記導波管３４０と前記第４ボディ３５２ｄが接触する面に第２スリット３４９ｂが形成される。前記第１スリット３４９ａは、前記導波管３４０で進行する超高周波を第１誘電体窓３４７ａ方向に放射し、第２スリット３４９ｂは、前記導波管３４０で進行する超高周波を第２誘電体窓３４７ｂ方向に放射し、前記スリット３４９ａ、３４９ｂの形状は、長方形又は正方形である。前記導波管３４０の進行方向は、ｘ軸方向である。前記導波管３４０の断面で長い方向（ｙ軸方向）の面は、前記第２ボディ３５２ｂ及び第４ボディ３５２ｄと接触する。前記スリット３４９ａ、３４９ｂは、導波管の断面で長い方向（ｙ軸方向）に延長される。前記導波管３４０の一面は、超高周波発生器から超高周波の提供を受ける。前記導波管３４０の他面は、導電体板３４２で塞がる。

第１誘電体窓３４７ａは、板形状である。前記第１誘電体窓３４７ａと第２ボディ３５２ｂとの間にＯリングのようなシーリング手段が配置される。

第１冷却ブロック３４４ａは、前記導波管３４０と前記第２ボディ３５２ｂとの間に配置される。前記第１冷却ブロック３４４ａは、貫通ホールを含む。前記第１冷却ブロック３４４ａの貫通ホールは、前記第１スリット３４９ａを通して放射された超高周波を前記第１誘電体窓３４７ａを通して前記チャンバ３５２内部に伝達する。前記第１冷却ブロック３４４ａは、冷媒を通して冷却される。これによって、前記第１冷却ブロック３４４ａは、前記第１誘電体窓３４７ａを冷却する。

第３ボディ３５２ｃは、第１ボディ３５２ａと同一の構造である。第３ボディ３５２ｃは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第３ボディ３５２ｃは、第１ホール、第２ホール、及び第３ホールを含む。第１ホールは、前記第３ボディ３５２ｃの一端でｙ軸方向に形成された貫通ホールである。第２ホールは、前記第１ホールに連結されて−ｚ軸方向に延長される。前記第３ホールは、前記第３ボディ３５２ｃの他端で第２ホールに連結されてｙ軸方向に延長される。前記第１ホールは、第２ボディ３５２ｂのホールに連結される。
ガス流入部３５６ｂは、前記第１ホールに連結されて初期放電ガス及び工程ガスを提供する。前記ガス流入部３５６ｂの断面は、前記第３ボディ３５２ｃの断面と同一である。

前記ガス流入部３５６ｂは接地され、前記第３ボディ３５２ｃはフロートされる。これによって、前記ガス流入部３５６ｂと前記第３ボディ３５２ｃが結合する部位に電気的に絶縁させる絶縁スペーサ３６１が配置される。第３ボディ３５２ｃの周りは、第２磁性体コア３５４ｂが巻かれる。前記第２磁性体コア３５４ｂは、第１磁性体コア３５４ａと同一の構造である。前記第２磁性体コア３５４ｂは、フェライト材質又はナノ結晶材質である。前記第２誘導コイル３５９ｂは、前記第２磁性体コア３５４ｂを包むように配置される。前記第２誘導コイル３５９ｂは、第２交流電源に連結される。前記第２誘導コイル３５９ｂに流れる交流電流は、前記第２磁性体コア３５４ｂに磁束を誘導する。前記磁束は、前記第３ボディ３５２ｃに誘導電場を形成し、前記誘導電場は、放電空間内部に誘導結合プラズマを形成する。前記第１交流電源によって誘導される誘導電場の方向と前記第２交流電源によって誘導される誘導電場の方向は、互いに反対方向である。

第４ボディ３５２ｄは、第２ボディ３５２ｂと同一の構造である。前記導波管３４０の第２スリット３４９ｂは、前記第４ボディ３５２ｄと接触する面に配置される。前記第４ボディ３５２ｄは、第２誘電体窓３４７ｂを含む。第２スリット３４９ｂは、超高周波を放射して前記第２誘電体窓３４７ｂを通して前記第４ボディ３５２ｄの内部に超高周波を伝達する。前記超高周波は、超高周波プラズマを形成する。

前記第２冷却ブロック３４４ｂは、前記導波管３４０bと前記第４ボディ３５２ｄとの間に配置される。前記第２冷却ブロック３４４ｂは、貫通ホールを含む。前記第２冷却ブロック３４４ｂの貫通ホールは、第２スリット３４９ｂを通して放射された超高周波を前記第２誘電体窓３４７ｂを通してチャンバ３５２内部に伝達する。第４ボディ３５２ｄは、絶縁スペーサ３６１を通して前記第１ボディ３５２ａと結合する。

前記第１ボディないし第４ボディ３５２ａ〜３５２ｄの内部放電空間の断面は、長方形である。前記第１ボディ３５２ａ及び前記第３ボディ３５２ｃは、電気的にフロートされ、前記第２ボディ３５２ｂ及び前記第４ボディ３５２ｄは、電気的に接地される。

誘導結合プラズマは、主に、第１ボディ３５２ａ及び第３ボディ３５２ｃで生成され、超高周波プラズマは、主に、第２ボディ３５２ｂ及び第４ボディ３５２ｄで形成される。これによって、誘導結合プラズマが発生する領域と、超高周波プラズマが発生する領域が互いに区別される。超高周波プラズマは、拡散して誘導結合プラズマが発生する領域に移動する。

図８は、本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置を説明する分解斜視図である。

図９は、図８のＩＶ−ＩＶ’線に沿って切った断面図である。

図８及び図９に示すように、プラズマ発生装置４００は、閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）を形成する磁性体コア４５４ａ、４５４ｂ、前記磁性体コア４５４ａ、４５４ｂの閉ループを貫通して配置され、少なくとも一つの閉ループの放電空間を含み、誘電体窓４４７ａ、４４７ｂを有するチャンバ４５２、前記磁性体コア４５４ａ、４５４ｂを包むように配置される誘導コイル４５９ａ、４５９ｂ、及びスリット４４９ａ、４４９ｂを含み、前記スリット４４９ａ、４４９ｂ及び前記誘電体窓４４７ａ、４４７ｂを通して超高周波を放射する導波管４４０ａ、４４０ｂを含む。誘導コイル４５９ａ、４５９ｂに流れる交流電流は、前記磁性体コア４５４ａ、４５４ｂに磁束を形成し、前記磁束は、前記チャンバ４５２内部に誘導結合プラズマを形成する。前記導波管４４０ａ、４４０ｂに沿って進行する超高周波は、前記チャンバ４５２内部に超高周波プラズマを形成する。

前記チャンバ４５２は、導電性物質及び/又は絶縁性物質で形成される。前記導電性物質は、アルミニウムである。前記チャンバ４５２は、第１ないし第４ボディ４５２ａ〜４５２ｄを含む。前記第１ボディないし第４ボディ４５２ａ〜４５２ｄは、順次に連結されてトロイダル形の放電空間を提供する。前記第１ボディないし第４ボディ４５２ａ〜４５２ｄは、絶縁スペーサ４６１を通して互いに電気的に絶縁される。

前記第１ボディ４５２ａは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第１ボディ４５２ａの内部にホールが配置される。前記第１ボディ４５２ａのホールは、ｚ軸方向に貫通するホールである。前記第１ボディ４５２ａは、冷媒によって冷却される。

前記第１ボディ４５２ａの外周には、第１磁性体コア４５４ａが配置される。前記第１磁性体コア４５４ａは、フェライト又はナノ結晶（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）コアである。第１誘導コイル４５９ａは、前記第１磁性体コア４５４ａを包むように配置される。前記第１誘導コイル４５９ａは、第１交流電源に連結される。第１誘導コイル４５９ａは、変圧器の１次コイルを形成し、前記チャンバ４５２に形成された誘導結合プラズマは、変圧器の２次コイルを形成する。前記第１誘導コイル４５９ａに流れる電流は、前記第１磁性体コア４５４ａに磁束を誘導し、磁束の時間による変化は、誘導電場を前記チャンバ４５２内部に生成する。前記誘導電場は、誘導結合プラズマを形成する。前記チャンバ４５２が変圧器の２次コイルにならないよう、前記第１ボディ４５２ａは、電気的にフロートされる。

第２ボディ４５２ｂは、ｙ軸方向に整列される。前記第２ボディ４５２ｂは、上板４９１ａと下板４９２ａを含む。前記上板４９１ａの一面には、トレンチが形成され、前記下板４９２ａの一面にはトレンチが形成され、前記上板４９１ａのトレンチと前記下板４９２ａのトレンチが結合して前記放電空間を形成する。分離された前記上板と下板は、互いに結合して放電経路を形成する。前記放電経路の形成製作に容易性がある。

前記第２ボディ４５２ａの内部にホールが配置される。前記ホールは、第１ホール、第２ホール、及び第３ホールを含む。前記第１ホールは、前記第２ボディの一端でｚ軸方向に貫通して形成される。前記第２ホールは、前記第１ホールの中間で連結され、−ｙ軸方向に延長される。前記第３ホールは、前記第２ボディの他端で前記第２ホールに連結されて−ｚ軸方向に形成される。前記第２ボディ４５２ｂのホールは、前記第１ボディ４５２ａのホールに連結されて放電空間を形成する。

前記ガス流入部４５６ａは、前記第２ボディの一端に結合する。前記ガス流入部の断面は、前記第２ボディ４５２ａの断面と同一である。ガス流入部４５６ａは、前記第２ボディに連結されて初期放電ガス及び工程ガスを提供する。

前記第２ボディ４５２ｂ上に第１導波管４４０ａが配置される。前記第２ボディ４５２ｂは、冷媒によって冷却される。

前記第１導波管４４０ａは、長方形の導波管である。前記第１導波管４４０ａは、ＷＲ２８４である。前記第１導波管４４０ａと前記第２ボディ４５２ｂが接触する面に第１スリット４４９ａが形成される。

前記第１スリット４４９ａは、前記第１導波管４４０ａで進行する超高周波を第１誘電体窓４４７ａ方向に放射する。

前記第１スリット４４９ａの形状は、長方形又は正方形である。前記第１導波管４４０ａの進行方向は、ｘ軸方向である。前記第１導波管４４０ａの断面で長い方向（ｙ軸方向）の面は、前記第２ボディ４５２ｂと接触する。前記第１導波管４４０ａの一面は、超高周波発生器から超高周波の提供を受ける。前記第１導波管４４０の他面は、導電体板４４２で塞がる。

第１誘電体窓４４７ａは、板形状である。前記第１誘電体窓４４７ａと第２ボディ４５２ｂとの間にＯリングのようなシーリング手段が配置される。

第３ボディ４５２ｃは、第１ボディ４５２ａと同一の構造である。第３ボディ４５２ｃは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第３ボディ４５２ｃは、ｚ軸方向に貫通するホールを含む。前記第３ボディ４５２ｃのホールは、第２ボディ３５２ｂのホールに連結される。

第３ボディ４５２ｃの周りは、第２磁性体コア４５４ｂが巻かれる。前記第２磁性体コア４５４ｂは、第１磁性体コア４５４ａと同一の構造である。前記第２磁性体コア４５４ｂは、フェライト材質又はナノ結晶材質である。前記第２誘導コイル４５９ｂは、前記第２磁性体コア４５４ｂを包むように配置される。前記第２誘導コイル４５９ｂは、第２交流電源に連結される。前記第２誘導コイル４５９ｂに流れる交流電流は、前記第２磁性体コア４５４ｂに磁束を誘導する。前記磁束は、前記第３ボディ４５２ｃに誘導電場を形成し、前記誘導電場は、放電空間内部に誘導結合プラズマを形成する。前記第１交流電源によって誘導される誘導電場の方向と前記第２交流電源によって誘導される誘導電場の方向は、互いに反対方向である。

第４ボディ４５２ｄは、第２ボディ４５２ｂと同一の構造である。前記第２導波管４４０ｂの第２スリット４４９ｂは、前記第４ボディ４５２ｄと接触する面に配置される。前記第４ボディ４５２ｄは、第２誘電体窓４４７ｂを含む。第２スリット４４９ｂは、超高周波を放射して前記第２誘電体窓４４７ｂを通して前記第４ボディ４５２ｄの内部に超高周波を伝達する。前記超高周波は、超高周波プラズマを形成する。第４ボディ４５２ｄは、絶縁スペーサ４６１を通して前記第１ボディ４５２ａと結合する。

前記第１ボディないし第４ボディ４５２ａ〜４５２ｄの内部放電空間の断面は、長方形である。前記第１ボディ４５２ａ及び前記第３ボディ４５２ｃは、電気的にフロートされ、前記第２ボディ４５２ｂ及び前記第４ボディ４５２ｄは、電気的に接地される。

誘導結合プラズマは、主に、第１ボディ４５２ａ及び第３ボディ４５２ｃで生成され、超高周波プラズマは、主に、第２ボディ４５２ｂ及び第４ボディ４５２ｄで形成される。これによって、誘導結合プラズマが発生する領域と超高周波プラズマが発生する領域が互いに区別される。超高周波プラズマは、拡散して誘導結合プラズマが発生する領域に移動する。

本発明の変形された実施例によると、前記第１ボディ４５２ａ及び第３のボディ４５２ｃは、円筒型の絶縁体である。前記絶縁体は、アルミナ、クォーツ、又はセラミックである。これによって、前記第２ボディの内部ホールは、ｚ軸方向の両端でホールは円筒型であり、ｙ軸方向のホールは四角形である。

本発明の変形された実施例によると、ガス流入口とガス吐出口の位置は、互いに変わることができる。

図１０は、本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置を説明する分解斜視図である。

図１１は、図１０のＶ−Ｖ’線に沿って切った断面図である。

図１０及び図１１に示すように、プラズマ発生装置５００は、閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ
ｌｏｏｐ）を形成する磁性体コア５５４ａ、５５４ｂ、前記磁性体コア５５４ａ、５５４ｂの閉ループを貫通して配置され、少なくとも一つの閉ループの放電空間を含み、誘電体窓５４７ａ、５４７ｂを有するチャンバ５５２、前記磁性体コア５５４ａ、５５４ｂを包むように配置される誘導コイル５５９ａ、５５９ｂ、及びスリット５４９ａ、５４９ｂを含み、前記スリット５４９ａ、５４９ｂ及び前記誘電体窓５４７ａ、５４７ｂを通して超高周波を放射する導波管５４４を含む。誘導コイル５５９ａ、５５９ｂに流れる交流電流は、前記磁性体コア５５４ａ、５５４ｂに磁束を形成し、前記磁束は、前記チャンバ５５２内部に誘導結合プラズマを形成する。前記導波管５４０に沿って進行する超高周波は、前記チャンバ５５２内部に超高周波プラズマを形成する。

前記チャンバ５５２は、導電性物質で形成される。前記導電性物質は、アルミニウムである。前記チャンバ５５２は、第１ないし第４ボディ５５２ａ〜５５２ｄを含む。前記第１ボディないし第４ボディ５５２ａ〜５５２ｄは、順次に連結されてトロイダル形の放電空間を提供する。前記第１ボディないし第４ボディ５５２ａ〜５５２ｄは、絶縁スペーサ５６１を通して互いに電気的に絶縁される。

前記第１ボディ５５２ａは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第１ボディ５５２ａの内部にホールが配置される。前記第１ボディ５５２ａのホールは、ｚ軸方向に貫通するホールである。前記第１ボディ５５２ａは、冷媒によって冷却される。

前記第１ボディ５５２ａの外側面には、陥没部５５５が形成される。前記陥没部５５５に第１磁性体コア５５４aが配置される。前記第１磁性体コア５５４aは、フェライト又はナノ結晶（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）コアである。第１誘導コイル５５９ａは、前記第１磁性体コア５５４aを包むように配置される。前記第１誘導コイル５５９ａは、第１交流電源に連結される。第１誘導コイル５５９ａは、変圧器の１次コイルを形成し、前記チャンバ５５２に形成された誘導結合プラズマは、変圧器の２次コイルを形成する。前記第１誘導コイル５５９ａに流れる電流は、前記第１磁性体コア５５４aに磁束を誘導し、磁束の時間による変化は、誘導電場を前記チャンバ５５２内部に生成する。前記誘導電場は、誘導結合プラズマを形成する。前記チャンバ５５２が変圧器の２次コイルにならないよう、前記第１ボディ５５２ａは、電気的にフロートされる。

第２ボディ５５２ｂは、ｙ軸方向に整列される。前記第２ボディ５５２ｂは、上板５９１ａと下板５９２ａを含む。前記第２ボディ５５２ａの内部にホールが配置される。前記ホールは、第１ホール、第２ホール、及び第３ホールを含む。前記第１ホールは、前記第２ボディの一端でｚ軸方向に貫通して形成される。前記第２ホールは、前記第１ホールの中間で連結され、−ｙ軸方向に延長される。前記第３ホールは、前記第２ボディの他端で前記第２ホールに連結されて−ｚ軸方向に形成される。前記第２ボディ５５２ｂのホールは、前記第１ボディ５５２ａのホールに連結されて放電空間を形成する。

前記ガス流入部５５６ａは、前記第２ボディの一端に結合する。前記ガス流入部の断面は、前記第２ボディ５５２ａの断面と同一である。ガス流入部５５６ａは、前記第２ボディに連結されて、初期放電ガス及び工程ガスを提供する。

前記第２ボディ５５２ｂと第４ボディ５５２ｄとの間に導波管５４０が配置される。前記第２ボディ５５２ｂは、冷媒によって冷却される。

前記導波管５４０は、長方形の導波管である。前記導波管５４０は、ＷＲ２８４である。前記導波管５４０と前記第２ボディ５５２ｂが接触する面に第１スリット５４９ａが形成され、前記導波管５４０と前記第４ボディ５５２ｄが接触する面に第２スリット５４９ｂが形成される。

前記第１スリット５４９ａは、前記導波管５４０で進行する超高周波を第１誘電体窓５４７ａ方向に放射する。前記第２スリット５４９ｂは、前記第１導波管５４０で進行する超高周波を第２誘電体窓５４７ｂ方向に放射する。

前記第１スリット５４９ａの形状は、長方形又は正方形である。前記導波管５４０の進行方向は、ｘ軸方向である。前記導波管５４０の断面で長い方向（ｙ軸方向）の面は、前記第２ボディ５５２ｂと接触する。前記導波管５４０の一面は、超高周波発生器から超高周波の提供を受ける。前記導波管５４０の他面は、導電体板で塞がる。

第１誘電体窓５４７ａは、板形状である。前記第１誘電体窓５４７ａと第２ボディ５５２ｂとの間にＯリングのようなシーリング手段が配置される。

第３ボディ５５２ｃは、第１ボディ５５２ａと同一の構造である。第３ボディ５５２ｃは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第３ボディ５５２ｃは、ｚ軸方向に貫通するホールを含む。前記第３ボディ５５２ｃのホールは、第２ボディ５５２ｂのホールに連結される。

第３ボディ５５２ｃの周りは、第２磁性体コア５５４ｂが巻かれる。前記第２磁性体コア５５４ｂは、第１磁性体コア５５４aと同一の構造である。前記第２磁性体コア５５４ｂは、フェライト材質又はナノ結晶材質である。前記第２誘導コイル５５９ｂは、前記第２磁性体コア５５４ｂを包むように配置される。前記第２誘導コイル５５９ｂは、第２交流電源に連結される。前記第２誘導コイル５５９ｂに流れる交流電流は、前記第２磁性体コア５５４ｂに磁束を誘導する。前記磁束は、前記第３ボディ５５２ｃに誘導電場を形成し、前記誘導電場は、放電空間内部に誘導結合プラズマを形成する。前記第１交流電源によって誘導される誘導電場の方向と前記第２交流電源によって誘導される誘導電場の方向は、互いに反対方向である。

第４ボディ５５２ｄは、第２ボディ５５２ｂと同一の構造である。前記導波管５４０の第２スリット５４９ｂは、前記第４ボディ５５２ｄと接触する面に配置される。前記第４ボディ５５２ｄは、第２誘電体窓５４７ｂを含む。第２スリット５４９ｂは、超高周波を放射して前記第２誘電体窓５４７ｂを通して前記第４ボディ５５２ｄの内部に超高周波を伝達する。前記超高周波は、超高周波プラズマを形成する。第４ボディ５５２ｄは、絶縁スペーサ５６１を通して前記第１ボディ５５２ａと結合する。

前記第１ボディないし第４ボディ５５２ａ〜５５２ｄの内部放電空間の断面は、長方形である。前記第１ボディ５５２ａ及び前記第３ボディ５５２ｃは、電気的にフロートされ、前記第２ボディ５５２ｂ及び前記第４ボディ５５２ｄは、電気的に接地される。

誘導結合プラズマは、主に、第１ボディ５５２ａ及び第３ボディ５５２ｃで生成され、超高周波プラズマは、主に、第２ボディ５５２ｂ及び第４ボディ５５２ｄで形成される。これによって、誘導結合プラズマが発生する領域と超高周波プラズマが発生する領域が互いに区別される。超高周波プラズマは、拡散して誘導結合プラズマが発生する領域に移動する。

図１２は、本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置を説明する断面図である。

図１２に示すように、プラズマ発生装置６００は、閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）を形成する磁性体コア６５４ａ、６５４ｂ、前記磁性体コア６５４ａ、６５４ｂの閉ループを貫通して配置され、少なくとも一つの閉ループの放電空間を含み、誘電体窓６４７ａ、６４７ｂを有するチャンバ６５２、前記磁性体コア６５４ａ、６５４ｂを包むように配置される誘導コイル６５９ａ、６５９ｂ、及びスリット６４９ａ、６４９ｂ及び前記誘電体窓６４７ａ、６４７ｂを通して超高周波を放射する導波管６４０ａ、６４０ｂを含む。誘導コイル６５９ａ、６５９ｂに流れる交流電流は、前記磁性体コア６５４ａ、６５４ｂに磁束を形成し、前記磁束は、前記チャンバ６５２内部に誘導結合プラズマを形成する。前記導波管６４０ａ、６４０ｂに沿って進行する超高周波は、前記チャンバ６５２内部に超高周波プラズマを形成する。

前記チャンバ６５２は、導電性物質で形成される。前記導電性物質は、アルミニウムである。前記チャンバ６５２は、第１ないし第４ボディ６５２ａ〜６５２ｄを含む。前記第１ボディないし第４ボディ６５２ａ〜６５２ｄは、順次に連結されてトロイダル形の放電空間を提供する。前記第１ボディないし第４ボディ６５２ａ〜６５２ｄは、絶縁スペーサ６６１を通して互いに電気的に絶縁される。

前記第１ボディ６５２ａは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第１ボディ６５２ａの内部にホールが配置される。前記第１ボディ６５２ａのホールは、ｚ軸方向に貫通するホールである。前記第１ボディ６５２ａは、冷媒によって冷却される。

前記第１ボディ６５２ａの外周には、第１磁性体コア６５４ａが配置される。前記第１磁性体コア６５４ａは、フェライト又はナノ結晶（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）コアである。第１誘導コイル６５９ａは、前記第１磁性体コア６５４ａを包むように配置される。前記第１誘導コイル６５９ａは、第１交流電源に連結される。第１誘導コイル６５９ａは、変圧器の１次コイルを形成し、前記チャンバ６５２に形成された誘導結合プラズマは、変圧器の２次コイルを形成する。前記第１誘導コイル６５９ａに流れる電流は、前記第１磁性体コア６５４ａに磁束を誘導し、磁束の時間による変化は、誘導電場を前記チャンバ６５２内部に生成する。前記誘導電場は、誘導結合プラズマを形成する。前記チャンバ６５２が変圧器の２次コイルにならないよう、前記第１ボディ６５２ａは、電気的にフロートされる。

第２ボディ６５２ｂは、ｙ軸方向に整列される。前記第２ボディ６５２ａは、内部にホールを有する長方形の形状である。前記ホールは、第１ホール、第２ホール、及び第３ホールを含む。前記第１ホールは、前記第２ボディの一端でｚ軸方向に形成される。前記第２ホールは、前記第１ホールに連結され、−ｙ軸方向に延長される。前記第３ホールは、前記第２ボディの他端で前記第２ホールに連結され、−ｚ軸方向に形成される。前記第２ボディ６５２ｂのホールは、前記第１ボディ６５２ａのホールに連結されて放電空間を形成する。

前記ガス流入部６５６ａは、前記第２ボディの他端に結合する。前記ガス流入部６５６ａの断面は、前記第２ボディ６５２ａの断面と同一である。ガス流入部６５６ａは、前記第２ボディに連結されて初期放電ガス及び工程ガスを提供する。

前記第２ボディ６５２ｂ上に第１導波管６４０ａが配置される。前記第２ボディ６５２ｂは、冷媒によって冷却される。

前記第１導波管６４０ａは、長方形の導波管である。前記第１導波管６４０ａは、ＷＲ２８４である。前記第１導波管６４０ａと前記第２ボディ６５２ｂが接触する面に第１スリット６４９ａが形成される。

前記第１スリット６４９ａは、前記第１導波管６４０ａで進行する超高周波を第１誘電体窓６４７ａ方向に放射する。

前記第１スリット６４９ａの形状は、長方形又は正方形である。前記第１導波管６４０ａの進行方向は、ｘ軸方向である。前記第１導波管６４０ａの断面で長い方向（ｙ軸方向）の面は、前記第２ボディ６５２ｂと接触する。前記第１導波管６４０ａの一面は、超高周波発生器から超高周波の提供を受ける。前記第１導波管６４０ａの他面は、導電体板で塞がる。

第１誘電体窓６４７ａは、板形状である。前記第１誘電体窓６４７ａと第２ボディ６５２ｂとの間にＯリングのようなシーリング手段が配置される。

第３ボディ４６２ｃは、第１ボディ６５２ａと同一の構造である。第３ボディ６５２ｃは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第３ボディ６５２ｃは、ｚ軸方向に貫通するホールを含む。前記第３ボディ６５２ｃのホールは、第２ボディ６５２ｂのホールに連結される。

第３ボディ６５２ｃの周りは、第２磁性体コア６５４ｂが巻かれる。前記第２磁性体コア６５４ｂは、第１磁性体コア６５４ａと同一の構造である。前記第２磁性体コア６５４ｂは、フェライト材質又はナノ結晶材質である。前記第２誘導コイル６５９ｂは、前記第２磁性体コア６５４ｂを包むように配置される。前記第２誘導コイル６５９ｂは、第２交流電源に連結される。前記第２誘導コイル６５９ｂに流れる交流電流は、前記第２磁性体コア６５４ｂに磁束を誘導する。前記磁束は、前記第３ボディ６５２ｃに誘導電場を形成し、前記誘導電場は、放電空間内部に誘導結合プラズマを形成する。前記第１交流電源によって誘導される誘導電場の方向と前記第２交流電源によって誘導される誘導電場の方向は、互いに反対方向である。

第４ボディ６５２ｄは、第２ボディ６５２ｂと同一の構造である。前記第２導波管６４０ｂの第２スリット６４９ｂは、前記第４ボディ６５２ｄと接触する面に配置される。前記第４ボディ６５２ｄは、第２誘電体窓６４７ｂを含む。第２スリット６４９ｂは、超高周波を放射して前記第２誘電体窓６４７ｂを通して前記第４ボディ６５２ｄの内部に超高周波を伝達する。前記超高周波は、超高周波プラズマを形成する。第４ボディ６５２ｄは、絶縁スペーサ６６１を通して、前記第１ボディ６５２ａと結合する。

前記ガス吐出部６５６ｂは、前記第４ボディ６５２ｄに結合する。前記ガス流入部６５６ｂの断面は、前記第４ボディ６５２ｄの断面と同一である。前記ガス吐出部６５６ｂは、前記第４ボディに連結されて解離されたガスを吐出する。

前記第１ボディないし第４ボディ６５２ａ〜６５２ｄの内部放電空間の断面は、長方形である。前記第１ボディ６５２ａ及び前記第３ボディ６５２ｃは、電気的にフロートされ、前記第２ボディ６５２ｂ及び前記第４ボディ６５２ｄは、電気的に接地される。

誘導結合プラズマは、主に、第１ボディ６５２ａ及び第３ボディ６５２ｃで生成され、超高周波プラズマは、主に、第２ボディ６５２ｂ及び第４ボディ６５２ｄで形成される。これによって、誘導結合プラズマが発生する領域と超高周波プラズマが発生する領域が互いに区別される。超高周波プラズマは、拡散して誘導結合プラズマが発生する領域に移動する。

図１３は、本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置を説明する断面図である。

図１３に示すように、プラズマ発生装置７００は、閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）を形成する磁性体コア７５４ａ、７５４ｂ、前記磁性体コア７５４ａ、７５４ｂの閉ループを貫通して配置され、少なくとも一つの閉ループの放電空間を含み、誘電体窓７４７ａ、７４７ｂを有するチャンバ７５２、前記磁性体コア７５４ａ、７５４ｂを包むように配置される誘導コイル７５９ａ、７５９ｂ、及びスリット７４９ａ、７４９ｂ及び前記誘電体窓７４７ａ、７４７ｂを通して超高周波を放射する導波管７４４を含む。誘導コイル７５９ａ、７５９ｂに流れる交流電流は、前記磁性体コア７５４ａ、７５４ｂに磁束を形成し、前記磁束は、前記チャンバ７５２内部に誘導結合プラズマを形成する。前記導波管７４０に沿って進行する超高周波は、前記チャンバ７５２内部に超高周波プラズマを形成する。

前記チャンバ７５２は、導電性物質で形成される。前記導電性物質は、アルミニウムである。前記チャンバ７５２は、第１ないし第４ボディ７５２ａ〜７５２ｄを含む。前記第１ボディないし第４ボディ７５２ａ〜７５２ｄは、順次に連結されてトロイダル形の放電空間を提供する。前記第１ボディないし第４ボディ７５２ａ〜７５２ｄは、絶縁スペーサ７６１を通して互いに電気的に絶縁される。

前記第１ボディ７５２ａは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第１ボディ７５２ａの内部にホールが配置される。前記第１ボディ７５２ａのホールは、ｚ軸方向に貫通するホールである。前記第１ボディ７５２ａは、冷媒によって冷却される。

前記第１ボディ７５２ａの外側面を包むように第１磁性体コア７５４ａが配置される。前記第１磁性体コア７５４ａは、フェライト又はナノ結晶（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）コアである。第１誘導コイル７５９ａは、前記第１磁性体コア７５４ａを包むように配置される。前記第１誘導コイル７５９ａは、第１交流電源に連結される。第１誘導コイル７５９ａは、変圧器の１次コイルを形成し、前記チャンバ７５２に形成された誘導結合プラズマは、変圧器の２次コイルを形成する。前記第１誘導コイル７５９ａに流れる電流は、前記第１磁性体コア７５４ａに磁束を誘導し、磁束の時間による変化は、誘導電場を前記チャンバ７５２内部に生成する。前記誘導電場は、誘導結合プラズマを形成する。前記チャンバ７５２が変圧器の２次コイルにならないよう、前記第１ボディ７５２ａは、電気的にフロートされる。

第２ボディ７５２ｂは、ｙ軸方向に整列される。前記第２ボディ７５２ａの内部にホールが配置される。前記ホールは、第１ホール、第２ホール、及び第３ホールを含む。前記第１ホールは、前記第２ボディの一端でｚ軸方向に形成される。前記第２ホールは、前記第１ホールに連結され、−ｙ軸方向に延長される。前記第３ホールは、前記第２ボディの他端で前記第２ホールに連結されて−ｚ軸方向に形成される。前記第２ボディ７５２ｂのホールは、前記第１ボディ７５２ａのホールに連結されて放電空間を形成する。

前記ガス流入部７５６ａは、前記第２ボディの他端に結合する。前記ガス流入部の断面は、前記第２ボディ７５２ａの断面と同一である。ガス流入部７５６ａは、前記第２ボディに連結されて初期放電ガス及び工程ガスを提供する。

前記第２ボディ７５２ｂと第４ボディ７５２ｄとの間に導波管７４０が配置される。前記第２ボディ７５２ｂは、冷媒によって冷却される。

前記導波管７４０は、長方形の導波管である。前記導波管７４０は、ＷＲ２８４である。前記導波管７４０と前記第２ボディ７５２ｂが接触する面に第１スリット７４９ａが形成され、前記導波管７４０と前記第４ボディ７５２ｄが接触する面に第２スリット７４９ｂが形成される。

前記第１スリット７４９ａは、前記導波管７４０で進行する超高周波を第１誘電体窓７４７ａ方向に放射する。前記第２スリット７４９ｂは、前記第１導波管７４０で進行する超高周波を第２誘電体窓７４７ｂ方向に放射する。

前記第１スリット７４９ａの形状は、長方形又は正方形である。前記導波管７４０の進行方向は、ｘ軸方向である。前記導波管７４０の断面で長い方向（ｙ軸方向）の面は、前記第２ボディ７５２ｂと接触する。前記導波管７４０の一面は、超高周波発生器から超高周波の提供を受ける。前記導波管７４０の他面は、導電体板で塞がる。

第１誘電体窓７４７ａは、板形状である。前記第１誘電体窓７４７ａと第２ボディ７５２ｂとの間にＯリングのようなシーリング手段が配置される。

第３ボディ７５２ｃは、第１ボディ７５２ａと同一の構造である。第３ボディ７５２ｃは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第３ボディ７５２ｃは、ｚ軸方向に貫通するホールを含む。前記第３ボディ７５２ｃのホールは、第２ボディ７５２ｂのホールに連結される。

第３ボディ７５２ｃの周りは、第２磁性体コア７５４ｂが巻かれる。前記第２磁性体コア７５４ｂは、第１磁性体コア７５４ａと同一の構造である。前記第２磁性体コア７５４ｂは、フェライト材質又はナノ結晶材質である。前記第２誘導コイル７５９ｂは、前記第２磁性体コア７５４ｂを包むように配置される。前記第２誘導コイル７５９ｂは、第２交流電源に連結される。前記第２誘導コイル７５９ｂに流れる交流電流は、前記第２磁性体コア７５４ｂに磁束を誘導する。前記磁束は、前記第３ボディ７５２ｃに誘導電場を形成し、前記誘導電場は、放電空間内部に誘導結合プラズマを形成する。前記第１交流電源によって誘導される誘導電場の方向と前記第２交流電源によって誘導される誘導電場の方向は、互いに反対方向である。

第４ボディ７５２ｄは、第２ボディ７５２ｂと同一の構造である。前記導波管７４０の第２スリット７４９ｂは、前記第４ボディ７５２ｄと接触する面に配置される。前記第４ボディ７５２ｄは、第２誘電体窓７４７ｂを含む。第２スリット７４９ｂは、超高周波を放射して前記第２誘電体窓７４７ｂを通して前記第４ボディ７５２ｄの内部に超高周波を伝達する。前記超高周波は、超高周波プラズマを形成する。第４ボディ７５２ｄは、絶縁スペーサ７６１を通して前記第１ボディ７５２ａと結合する。

前記ガス吐出部７５６ｂは、前記第４ボディ７５２ｄに結合する。前記ガス流入部７５６ｂの断面は、前記第４ボディ７５２ｄの断面と同一である。前記ガス吐出部７５６ｂは、前記第４ボディに連結されて解離されたガスを吐出する。

前記第１ボディないし第４ボディ７５２ａ〜７５２ｄの内部放電空間の断面は、長方形である。前記第１ボディ７５２ａ及び前記第３ボディ７５２ｃは、電気的にフロートされ、前記第２ボディ７５２ｂ及び前記第４ボディ７５２ｄは、電気的に接地される。

誘導結合プラズマは、主に、第１ボディ７５２ａ及び第３ボディ７５２ｃで生成され、超高周波プラズマは、主に、第２ボディ７５２ｂ及び第４ボディ７５２ｄで形成される。これによって、誘導結合プラズマが発生する領域と、超高周波プラズマが発生する領域が互いに区別される。超高周波プラズマは、拡散して誘導結合プラズマが発生する領域に移動する。

図１４は、本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置の断面図である。

図１４に示すように、プラズマ発生装置８００は、閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）を形成する磁性体コア８５４ａ、８５４ｂ、前記磁性体コア８５４ａ、８５４ｂの閉ループを貫通して配置され、少なくとも一つの閉ループの放電空間を含めて誘電体窓８４７ａ、８４７ｂを有するチャンバ８５２、前記磁性体コア８５４ａ、８５４ｂを包むように配置される誘導コイル８５９ａ、８５９ｂ、及びスリット８４９ａ、８４９ｂを含み、前記スリット８４９ａ、８４９ｂ及び前記誘電体窓８４７ａ、８４７ｂを通して超高周波を放射する導波管８４０ａ、８４０ｂを含む。

誘導コイル８５９ａ、８５９ｂに流れる交流電流は、前記磁性体コア８５４ａ、８５４ｂに磁束を形成し、前記磁束は、前記チャンバ８５２内部に誘導結合プラズマを形成する。前記導波管８４０ａ、８４０ｂに沿って進行する超高周波は、前記チャンバ８５２内部に超高周波プラズマを形成する。

前記チャンバ８５２は、導電性物質で形成される。前記導電性物質は、アルミニウムである。前記チャンバ８５２は、第１ないし第４ボディ８５２ａ〜８５２ｄを含む。前記第１ボディないし第４ボディ８５２ａ〜８５２ｄは、順次に連結されてトロイダル形の放電空間を提供する。前記第１ボディないし第４ボディ８５２ａ〜８５２ｄは、絶縁スペーサ８６１を通して互いに電気的に絶縁される。

前記第１ボディ８５２ａは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第１ボディ８５２ａの内部にホールが配置される。前記第１ボディ８５２ａのホールは、ｚ軸方向に形成された貫通ホールである。前記第１ボディ８５２ａは、冷媒によって冷却される。
前記第１ボディ８５２ａの外側面には、陥没部８５５が形成される。前記陥没部８５５に第１磁性体コア８５４ａが配置される。前記第１磁性体コア８５４ａは、フェライト又はナノ結晶（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）コアである。第１誘導コイル８５９ａは、前記第１磁性体コア５５４aを包むように配置される。前記第１誘導コイル８５９ａは、第１交流電源に連結される。第１誘導コイル８５９ａは、変圧器の１次コイルを形成し、前記チャンバ８５２に形成された誘導結合プラズマは、変圧器の２次コイルを形成する。前記第１誘導コイル８５９ａに流れる電流は、前記第１磁性体コア８５４ａに磁束を誘導し、磁束の時間による変化は、誘導電場を前記チャンバ８５２内部に生成する。前記誘導電場は、誘導結合プラズマを形成する。前記チャンバ８５２が変圧器の２次コイルにならないよう、前記第１ボディ８５２ａは、電気的にフロートされる。

第２ボディ８５２ｂは、ｙ軸方向に整列される。前記第２ボディ８５２ｂは、上板８９１ａと下板８９２ａを含む。前記第２ボディ８５２ａの内部にホールが配置される。前記ホールは、第１ホール、第２ホール、及び第３ホールを含む。前記第１ホールは、前記第２ボディの一端でｚ軸方向に貫通して形成される。前記第２ホールは、前記第１ホールの中間で連結され、−ｙ軸方向に延長される。前記第３ホールは、前記第２ボディの他端で前記第２ホールに連結されて−ｚ軸方向に形成される。前記第２ボディ８５２ｂのホールは、前記第１ボディ８５２ａのホールに連結されて放電空間を形成する。

前記ガス流入部８５６ａは、前記第２ボディの一端に結合する。前記ガス流入部の断面は、前記第２ボディ８５２ａの断面と同一である。ガス流入部８５６ａは、前記第２ボディに連結されて初期放電ガス及び工程ガスを提供する。

前記第２ボディ８５２ｂと第４ボディ８５２ｄとの間に導波管８４０ａ、８４０ｂが配置される。前記第２ボディ８５２ｂは、冷媒によって冷却される。

前記導波管８４０ａ、８４０ｂは、長方形の導波管である。前記導波管８４０ａ、８４０ｂは、ＷＲ２８４である。前記導波管８４０ａ、８４０ｂは、第１導波管８４０ａ及び第２導波管８４０ｂを含む。第１導波管８４０ａ及び第２導波管８４０ｂは、互いに隣接するように前記チャンバ８５２に形成された内部空間に配置される。第１導波管８４０ａは、第１超高周波発振器に連結され、第２導波管８４０ｂは、第２超高周波発振器に連結される。

前記第１導波管８４０ａと前記第２ボディ８５２ｂが接触する面に第１スリット８４９ａが形成され、前記第２導波管８４０ｂと前記第４ボディ８５２ｄが接触する面に第２スリット８４９ｂが形成される。

前記第１スリット８４９ａは、前記第１導波管８４０ａで進行する超高周波を第１誘電体窓８４７ａ方向に放射する。前記第２スリット８４９ｂは、前記第２導波管８４０ｂで進行する超高周波を第２誘電体窓８４７ｂ方向に放射する。

前記第１スリット８４９ａ及び第２スリット８４９ｂの形状は、長方形又は正方形である。前記導波管８４０ａ、８４０ｂの進行方向は、ｘ軸方向である。前記第１導波管８４０ａの断面で長い方向（ｙ軸方向）の面は、前記第２ボディ８５２ｂと接触する。前記第１導波管８４０ａの一面は、超高周波発生器から超高周波の提供を受ける。前記第１導波管８４０ａの他面は、導電体板で塞がる。

前記チャンバ８５２によって形成された内部空間に第１導波管８４０ａ及び第２導波管８４０ｂが両方挿入されない。この場合、前記第１導波管８４０ａ及び第２導波管８４０ｂは、短縮方向（ｚ軸方向）でテーパーされた領域を含む。

第１誘電体窓８４７ａは、板形状である。前記第１誘電体窓８４７ａと第２ボディ８５２ｂとの間にＯリングのようなシーリング手段が配置される。

第３ボディ８５２ｃは、第１ボディ８５２ａと同一の構造である。第３ボディ８５２ｃは、ｚ軸方向に整列された長方形の柱状である。前記第３ボディ８５２ｃは、ｚ軸方向に貫通するホールを含む。前記第３ボディ８５２ｃのホールは、第２ボディ８５２ｂのホールに連結される。

第３ボディ８５２ｃの周りは、第２磁性体コア８５４ｂが巻かれる。前記第２磁性体コア８５４ｂは、第１磁性体コア８５４ａと同一の構造である。前記第２磁性体コア８５４ｂは、フェライト材質又はナノ結晶材質である。前記第２誘導コイル８５９ｂは、前記第２磁性体コア８５４ｂを包むように配置される。前記第２誘導コイル８５９ｂは、第２交流電源に連結される。前記第２誘導コイル８５９ｂに流れる交流電流は、前記第２磁性体コア８５４ｂに磁束を誘導する。前記磁束は、前記第３ボディ８５２ｃに誘導電場を形成して、前記誘導電場は、放電空間内部に誘導結合プラズマを形成する。前記第１交流電源によって誘導される誘導電場の方向と前記第２交流電源によって誘導される誘導電場の方向は、互い反対方向である。

第４ボディ８５２ｄは、第２ボディ８５２ｂと同一の構造である。前記導波管８４０の第２スリット８４９ｂは、前記第４ボディ８５２ｄと接触する面に配置される。前記第４ボディ８５２ｄは、第２誘電体窓８４７ｂを含む。第２スリット８４９ｂは、超高周波を放射して前記第２誘電体窓８４７ｂを通して前記第４ボディ８５２ｄの内部に超高周波を伝達する。前記超高周波は、超高周波プラズマを形成する。第４ボディ８５２ｄは、絶縁スペーサ８６１を通して、前記第１ボディ８５２ａと結合する。

前記第１ボディないし第４ボディ８５２ａ〜８５２ｄの内部放電空間の断面は、長方形である。前記第１ボディ８５２ａ及び前記第３ボディ８５２ｃは、電気的にフロートされ、前記第２ボディ８５２ｂ及び前記第４ボディ８５２ｄは、電気的に接地される。

誘導結合プラズマは、主に、第１ボディ８５２ａ及び第３ボディ８５２ｃで生成され、超高周波プラズマは、主に、第２ボディ８５２ｂ及び第４ボディ８５２ｄで形成される。これによって、誘導結合プラズマが発生する領域と、超高周波プラズマが発生する領域が互いに区別される。超高周波プラズマは、拡散して誘導結合プラズマが発生する領域に移動する。

上記のように、本発明を特定の好ましい実施例に対して図示して説明したが、本発明は、このような実施例に限定されず、当該発明が属する技術分野において、通常の知識を有した者が特許請求の範囲で請求する本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で行うことができる多様な形態の実施例を全て含む。

１１０：超高周波発生器
１１６：導波管
１１９：誘電体窓
１１７：スリット
１２２：チャンバ
１２４：磁性体コア
１２６：誘導コイル
１２８：交流電源

Claims (27)

1. 誘電体窓を有し、トロイダル形の放電空間を有するチャンバと、
   前記チャンバの一部を包むように配置される磁性体コアと、
   前記磁性体コアを包むように配置される誘導コイルと、
   前記誘電体窓を通して超高周波を放射する導波管と、を含み、
   誘導コイルに流れる交流電流は、前記磁性体コアに磁束を形成し、前記磁束は、前記チャンバ内部に誘導結合プラズマを形成し、
   前記導波管に沿って進行する超高周波は、前記チャンバに超高周波プラズマを形成することを特徴とするプラズマ発生装置。
2. 前記チャンバは、導電体であり、前記チャンバに発生する誘導電流を遮断する絶縁スペーサを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
3. 前記チャンバは、第１ないし第４ボディを含み、
   前記第１ボディないし第４ボディは、順次に連結されて、トロイダル形の放電空間を提供し、
   前記磁性体コアは、第１磁性体コア及び第２磁性体コアを含み、
   前記第１磁性体コアは、前記第１ボディを包むように配置され、
   前記第２磁性体コアは、前記第３ボディを包むように配置されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
4. 前記第１ボディ及び前記第３ボディは、電気的にフロートされることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
5. 前記導波管は、第１スリットを有する第１導波管及び第２スリットを有する第２導波管を含み、
   前記誘電体窓は、第１誘電体窓及び第２誘電体窓を含み、
   前記第１誘電体窓は、前記第２ボディに装着され、前記第２誘電体窓は、第４ボディに装着され、
   前記第１スリットは、前記第１誘電体窓を通して超高周波を前記第２ボディに提供し、
   前記第２スリットは、前記第２誘電体窓を通して超高周波を前記第４ボディに提供することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
6. 前記導波管は、第１スリット及び第２スリットを含み、
   前記誘電体窓は、第１誘電体窓及び第２誘電体窓を含み、
   前記第１誘電体窓は、前記第２ボディに装着され、
   前記第２誘電体窓は、前記第４ボディに装着され、
   前記第１スリットは、前記第１誘電体窓を通して超高周波を前記第２ボディに提供し、
   前記第２スリットは、前記第２誘電体窓を通して超高周波を前記第４ボディに提供することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
7. 前記チャンバは、
   初期放電ガス及び工程ガスを提供するガス流入部と、
   解離されたガスを吐出するガス吐出部と、をさらに含み、
   前記ガス流入部は、前記第１ボディに装着され、
   前記ガス吐出部は、前記第３ボディに装着されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
8. 前記チャンバは、
   初期放電ガス及び工程ガスを提供するガス流入部と、
   解離されたガスを吐出するガス吐出部と、をさらに含み、
   前記ガス流入部は、前記第２ボディに装着され、
   前記ガス吐出部は、前記第４ボディに装着されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
9. 前記第３ボディ及び第４ボディは、外側面の陥没部をさらに含み、
   前記第１磁性体コアは、前記第１ボディの前記陥没部に結合し、
   前記第２磁性体コアは、前記第３ボディの前記陥没部に結合することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
10. 前記第２ボディ又は前記第４ボディは、上板及び下板を含み、
    前記上板の一面には、トレンチが形成され、
    前記下板の一面には、トレンチが形成され、
    前記上板のトレンチと前記下板のトレンチが結合して、前記放電空間を形成することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
11. 前記誘導コイルは、
    第１磁性体コアを包む第１誘導コイルと、
    第２磁性体コアを包む第２誘導コイルと、を含み、
    前記第１誘導コイルは、第１交流電源に連結され、
    前記第２誘導コイルは、第２交流電源に連結されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
12. 前記導波管と前記誘電体窓との間に配置される冷却ブロックをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
13. 前記導波管に超高周波を供給する超高周波発生器と、
    超高周波発生器と前記導波管との間に配置されて、インピーダンスマッチングのためのチューナと、
    超高周波発生器と前記導波管との間に配置されて、反射波又は進行波の一部を抽出する方向性結合器と、
    アイソレータと、
    反射波を消耗するダミーロードと、
    高周波発生器の進行波は、前記導波管に提供し、負荷で反射する反射波は、前記ダミーロードに提供するサーキュレータのうち少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
14. 前記チャンバの内部断面は、四角形であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
15. 前記磁性体コアは、フェライト又はナノ結晶コアであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
16. 前記導波管の断面は、長方形であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
17. 前記誘電体窓は、板形であり、
    前記誘電体窓は、クォーツ、アルミナ、セラミック、サファイア、窒化アルミニウム、及びこれらの組合せのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
18. 前記第１ボディ及び前記第３ボディは、絶縁体であり、
    前記第２ボディ及び前記第４ボディは、導電体であることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
19. 前記第１ボディないし前記第４ボディは、互いに絶縁スペーサによって電気的に分離されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
20. 閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）を形成する磁性体コアと、
    前記磁性体コアの閉ループを貫通して配置され、少なくとも一つの閉ループの放電空間を含み、誘電体窓を有するチャンバと、
    前記磁性体コアを包むように配置される誘導コイルと、
    スリットを含み、前記スリット及び前記誘電体窓を通して超高周波を放射する導波管と、を含み、
    前記誘導コイルに流れる交流電流は、前記磁性体コアに磁束を形成し、
    前記磁束は、前記チャンバ内部に誘導結合プラズマを形成し、
    前記導波管に沿って進行する超高周波は、前記チャンバ内部に超高周波プラズマを形成することを特徴とするプラズマ発生装置。
21. 閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）を形成する磁性体コアと、
    前記磁性体コアの閉ループを貫通して配置され、少なくとも一つの閉ループの放電空間及び開口部を含むチャンバと、
    前記磁性体コアを包むように配置される誘導コイルと、
    前記開口部に配置される誘電体窓と、
    スリットを含み、前記スリット及び前記誘電体窓を通して超高周波を放射する導波管と、を含み、
    前記誘導コイルに流れる交流電流は、前記磁性体コアに磁束を形成し、
    前記磁束は、誘導結合プラズマを形成し、
    前記導波管に沿って進行する超高周波は、前記チャンバ内部に超高周波プラズマを形成することを特徴とするプラズマ発生装置。
22. 解離ガスを生成するプラズマ発生部と、
    前記プラズマ発生部から前記解離ガスの提供を受け、基板処理又は洗浄工程を行う工程チャンバと、を含み、
    前記プラズマ発生部は、
    誘電体窓を有し、トロイダル形の放電空間を有するチャンバと、
    前記チャンバの一部を包むように配置される磁性体コアと、
    前記磁性体コアを包むように配置される誘導コイルと、
    前記誘電体窓を通して超高周波を放射する導波管と、を含み、
    誘導コイルに流れる交流電流は、前記磁性体コアに磁束を形成し、前記磁束は、 誘導結合プラズマを形成し、
    前記導波管に沿って進行する超高周波は、前記チャンバ内部に超高周波プラズマを形成することを特徴とする基板処理装置。
23. 初期放電ガス又は工程ガスを誘電体窓を有し、トロイダル形の放電空間を含むチャンバに提供する段階と、
    前記誘電体窓を通して超高周波を提供して、前記放電空間に超高周波プラズマを生成する段階と、
    前記チャンバを包む磁性体コアを包む誘導コイルに交流電力を提供して、前記放電空間に誘導結合プラズマを生成する段階と、を含むことを特徴とするプラズマ発生方法。
24. 前記チャンバでプラズマによって解離された解離ガスを工程チャンバに提供して、前記工程チャンバの洗浄工程を進行する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載のプラズマ発生方法。
25. 前記初期放電ガスは、不活性ガス及び窒素ガスのうち少なくとも一つを含み、
    前記工程ガスは、フッ素含有ガス及び酸素ガスのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２３に記載のプラズマ発生方法。
26. 前記初期放電ガス及び前記工程ガスの流量比を変更する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載のプラズマ発生方法。
27. 誘導結合プラズマのプラズマ初期放電装置において、
    誘電体窓を有し、少なくとも一つの閉ループの放電空間を含むチャンバと、
    スリットを含み、前記スリット及び前記誘電体窓を通して超高周波を放射する導波管と、を含み、
    前記導波管に沿って進行する超高周波は、前記チャンバ内部に超高周波を用いて、初期プラズマ放電させることを特徴とするプラズマ初期放電装置。
    
    

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