JP2022043052A - 誘導コイル構造体及び誘導結合プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導コイルの構造によって蓄電結合を減少させ、安定的に高効率の誘導結合プラズマ発生装置を提供する。【解決手段】誘導結合プラズマ発生装置100は、長さ方向に延長される誘電体チューブ130と、前記誘電体チューブ130を包むように配置され、前記誘電体チューブ130内に誘導結合プラズマを生成する第１誘導コイル構造体110と、互いに逆位相の正の出力及び負の出力を提供し、前記第１誘導コイル構造体110の両端にＲＦ電力140の正の出力及び負の出力をそれぞれ供給し、駆動周波数を変更するＲＦ電源140と、前記ＲＦ電源140の正の出力端と前記第１誘導コイル構造体110の一端との間に配置された第１メイン蓄電器121と、前記ＲＦ電源140の負の出力端と前記第１誘導コイル構造体110の他端との間に配置された第２メイン蓄電器122と、を含む。【選択図】図２A

Description

本発明は、誘導結合プラズマ発生装置に関するものとして、より詳細には、複数のアンテナの間に蓄電器を挿入して、電圧分配構造を有する誘導結合プラズマ発生装置に関する。

プラズマは、従来に半導体用ウェハのような基板のエッチング工程又は蒸着工程に使用される。また、プラズマは、新素材合成、表面処理、環境浄化などに使用されている。一方、大気圧プラズマは、プラズマスクラバ、洗浄、殺菌、皮膚美容などに使用されている。

通常の誘導結合プラズマは、誘電体放電管に誘導コイルを巻いて使用する。しかし、通常の誘導コイル構造は、低い放電安定性及び低いプラズマ密度を有する。

本発明は、大気圧又は数トル以上の高圧力で安定的に誘導結合プラズマを生成できる新しい誘導コイル構造を提供する。

本発明の解決しようとする一技術的課題は、蓄電結合成分を抑制して放電安定性及び効率を向上させる誘導結合プラズマ発生用誘導コイルを提供することにある。

本発明の解決しようとする一技術的課題は、誘導コイルの巻数の増加による電圧上昇を抑制する誘導コイル及びプラズマ発生装置を提供することにある。

本発明の解決しようとする一技術的課題は、単位長さ当たりの巻数を極大化し、蓄電結合を抑制する誘導コイルを提供することにある。

本発明の一実施例による誘導結合プラズマ発生装置は、長さ方向に延長される誘電体チューブと、前記誘電体チューブを包むように配置され、前記誘電体チューブ内に誘導結合プラズマを生成する第１誘導コイル構造体と、互いに逆位相の正の出力及び負の出力を提供し、前記第１誘導コイル構造体の両端にＲＦ電力の正の出力及び負の出力をそれぞれ供給し、駆動周波数を変更するＲＦ電源と、前記ＲＦ電源の正の出力端と前記第１誘導コイル構造体の一端との間に配置された第１メイン蓄電器と、前記ＲＦ電源の負の出力端と前記第１誘導コイル構造体の他端との間に配置された第２メイン蓄電器と、を含む。前記第１誘導コイル構造体は、互いに直列連結され、互いに異なる層にそれぞれ配置され、各層で少なくとも１ターン（ｏｎｅ ｔｕｒｎ）以上を備えた誘導コイルと、互いに隣接した誘導コイルの間にそれぞれ配置されて、前記誘導コイルに印加される電圧を分配する補助蓄電器と、を含む。

本発明の一実施例において、前記誘導コイルそれぞれは、同一の第１インダクタンスＬ１を有し、前記補助蓄電器それぞれは、同一の第１静電容量Ｃ１を有し、前記ＲＦ電源の駆動周波数は、直列連結された前記第１インダクタンスＬ１と前記第１静電容量Ｃ１による共鳴周波数と一致するように制御される。

本発明の一実施例において、前記第１メイン蓄電器及び前記第２メイン蓄電器は、それぞれ同一の第２静電容量Ｃ２を有し、前記第２静電容量Ｃ２は、前記第１静電容量Ｃ１の２倍である。

本発明の一実施例において、前記誘導コイルそれぞれは、２ターンないし４ターンアンテナである。

本発明の一実施例において、前記誘電体チューブを包むように配置され、前記第１誘導コイル構造体と離隔して配置され、前記第１誘導コイル構造体と同一の構造を有して前記誘電体チューブ内に誘導結合プラズマを生成する第２誘導コイル構造体をさらに含む。前記第２誘導コイル構造体の一端は、前記第１誘導コイル構造体の一端と連結され、前記第２誘導コイル構造体の他端は、前記第１誘導コイル構造体の他端と連結され、前記第１誘導コイル構造体と前記第２誘導コイル構造体は、前記第１メイン蓄電器と前記第２メイン蓄電器との間で互いに並列連結される。

本発明の一実施例において、前記第１誘導コイル構造体と前記第２誘導コイル構造体を構成する前記誘導コイルそれぞれは、同一の第１インダクタンスＬ１を有し、前記第１誘導コイル構造体と前記第２誘導コイル構造体を構成する前記補助蓄電器それぞれは、同一の第１静電容量Ｃ１を有し、前記ＲＦ電源の駆動周波数は、直列連結された前記第１インダクタンスＬ１と前記第１静電容量Ｃ１による共鳴周波数と一致するように制御される。

本発明の一実施例において、前記第１メイン蓄電器及び前記第２メイン蓄電器は、それぞれ同一の第２静電容量Ｃ２を有し、前記第２静電容量Ｃ２は、前記第１静電容量Ｃ１の４倍である。

本発明の一実施例において、前記第１誘導コイル構造体の一端と前記第２誘導コイル構造体の一端は、互いに隣接して配置され、前記第１誘導コイル構造体の一端と前記第２誘導コイル構造体の一端は、互いに連結されて前記第１メイン蓄電器に連結される。

本発明の一実施例において、前記誘導コイルそれぞれは、直角座標系で第１方向に開放された部位を有し、第１中心角を有し、配置平面に配置され、一定の第１半径を有する第１円弧部と、前記第１中心角以下の第２中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第１半径より大きな第２半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第２円弧部と、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の一端に連結され、前記第１方向に延長される第１連結部と、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の他端と前記第２円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第１円弧連結部と、前記配置平面に配置され、前記第２円弧部の他端に連結され、前記第１方向に延長される第２連結部と、を含む。

本発明の一実施例において、前記誘導コイルそれぞれは、直角座標系で第１方向に開放された部位を有し、第１中心角を有し、配置平面に配置され、一定の第１半径を有する第１円弧部と、前記第１中心角以下の第２中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第１半径より大きな第２半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第２円弧部と、前記第２中心角以下の第３中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第２半径より大きな第３半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第３円弧部と、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の一端に連結され、前記第１方向に延長される第１連結部と、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の他端と前記第２円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第１円弧連結部と、前記配置平面に配置され、前記第２円弧部の他端と前記第３円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第２円弧連結部と、前記配置平面に配置され、前記第３円弧部の他端に連結され、前記第１方向に延長される第２連結部と、を含む。

本発明の一実施例において、前記誘導コイルそれぞれは、直角座標系で第１方向に開放された部位を有し、第１中心角を有し、配置平面に配置され、一定の第１半径を有する第１円弧部と、前記第１中心角以下の第２中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第１半径より大きな第２半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第２円弧部と、前記第２中心角以下の第３中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第２半径より大きな第３半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第３円弧部と、前記第３中心角以下の第４中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第３半径より大きな第４半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第４円弧部と、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の一端に連結され、前記第１方向に延長される第１連結部と、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の他端と前記第２円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第１円弧連結部と、前記配置平面に配置され、前記第２円弧部の他端と前記第３円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第２円弧連結部と、前記配置平面に配置され、前記第３円弧部の他端と前記第４円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第３円弧連結部と、前記配置平面に配置され、前記第４円弧部の他端に連結され、前記第１方向に延長される第２連結部と、を含む。

本発明の一実施例において、前記第１誘導コイル構造体と前記第２誘導コイル構造体は、前記誘電体放電チューブの一地点を基準として上／下に鏡面対称して配置され、電流は、中央から上／下に分散されて、再び両端で集まる。

本発明の一実施例において、前記誘導コイルの電力入力端は、互いに方位角方向に一定の角度を維持するように配置される。

本発明の一実施例において、前記誘導コイルの少なくとも一部は、セラミック・モールドで固定される。

本発明の一実施例において、前記誘導コイルの間に配置されて、電気的に絶縁させるワッシャの形の絶縁スペーサをさらに含む。

本発明の一実施例において、前記誘導コイルは、順に積層された第１誘導コイル及び第４誘導コイルを含み、前記補助蓄電器は、第１ないし第３補助蓄電器を含み、前記第２誘導コイルは、前記第１誘導コイルが配置される場合に備えて、反時計回りに９０度回転して、前記第１誘導コイルの下部に整列して配置され、前記第３誘導コイルは、前記第２誘導コイルが配置される場合に備えて、反時計回りに９０度回転して、前記第２誘導コイルの下部に整列して配置され、前記第４誘導コイルは、前記第３誘導コイルが配置される場合に備えて、反時計回りに９０度回転して、前記第３誘導コイルの下部に整列して配置され、前記第１誘導コイルの一端は、前記第１メイン蓄電器を通じて前記ＲＦ電源の正の出力端に連結され、前記第１誘導コイルの他端は、前記第１補助蓄電器を通じて前記第２誘導コイルの一端に連結され、前記第２誘導コイルの他端は、前記第２補助蓄電器を通じて前記第３誘導コイルの一端に連結され、前記第３誘導コイルの他端は、前記第３補助蓄電器を通じて前記第４誘導コイルの一端に連結され、前記第４誘導コイルの他端は、前記第２メイン蓄電器を通じて前記ＲＦ電源の負の出力端に連結される。

本発明の一実施例による基板処理装置は、半導体基板を処理する工程チャンバと、前記工程チャンバにプラズマによって活性種を提供する誘導結合プラズマ発生装置を含む。前記誘導結合プラズマ発生装置は、長さ方向に延長される誘電体チューブと、前記誘電体チューブを包むように配置され、前記誘電体チューブ内に誘導結合プラズマを生成する第１誘導コイル構造体と、互いに逆位相の正の出力及び負の出力を提供し、前記第１誘導コイル構造体の両端にＲＦ電力の正の出力及び負の出力をそれぞれ供給し、駆動周波数を変更するＲＦ電源と、前記ＲＦ電源の正の出力端と前記第１誘導コイル構造体の一端との間に配置された第１メイン蓄電器と、前記ＲＦ電源の負の出力端と前記第１誘導コイル構造体の他端との間に配置された第２メイン蓄電器と、を含む。前記第１誘導コイル構造体は、互いに直列連結され、互いに異なる層にそれぞれ配置され、各層で少なくとも１ターン（ｏｎｅ ｔｕｒｎ）以上を備えた誘導コイルと、互いに隣接した誘導コイルの間にそれぞれ配置されて、前記誘導コイルに印加される電圧を分配する補助蓄電器と、を含む。

本発明の一実施例による誘導コイル構造体は、誘電体チューブを包むように配置され、前記誘電体チューブ内に誘導結合プラズマを生成する。前記誘導コイル構造体は、互いに直列連結され、互いに異なる層にそれぞれ配置され、各層で少なくとも１ターン（ｏｎｅ ｔｕｒｎ）以上を備え、同一の構造の誘導コイルと、互いに隣接した誘導コイルの間にそれぞれ配置されて、前記誘導コイルに印加される電圧を分配する補助蓄電器と、を含む。

本発明の一実施例において、前記誘導コイルそれぞれは、直角座標系で第１方向に開放された部位を有し、第１中心角を有し、配置平面に配置され、一定の第１半径を有する第１円弧部と、前記第１中心角以下の第２中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第１半径より大きな第２半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第２円弧部と、前記第２中心角以下の第３中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第２半径より大きな第３半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第３円弧部と、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の一端に連結され、前記第１方向に延長される第１連結部と、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の他端と前記第２円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第１円弧連結部と、前記配置平面に配置され、前記第２円弧部の他端と前記第３円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第２円弧連結部と、前記配置平面に配置され、前記第３円弧部の他端に連結され、前記第１方向に延長される第２連結部と、を含む。

本発明の一実施例において、 前記誘導コイルそれぞれは、直角座標系で第１方向に開放された部位を有し、第１中心角を有し、配置平面に配置され、一定の第１半径を有する第１円弧部と、前記第１中心角以下の第２中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第１半径より大きな第２半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第２円弧部と、前記第２中心角以下の第３中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第２半径より大きな第３半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第３円弧部と、前記第３中心角以下の第４中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第３半径より大きな第４半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第４円弧部と、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の一端に連結され、前記第１方向に延長される第１連結部と、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の他端と前記第２円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第１円弧連結部と、前記配置平面に配置され、前記第２円弧部の他端と前記第３円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第２円弧連結部と、前記配置平面に配置され、前記第３円弧部の他端と前記第４円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第３円弧連結部と、前記配置平面に配置され、前記第４円弧部の他端に連結され、前記第１方向に延長される第２連結部と、を含む。

本発明の一実施例によるプラズマ発生装置は、誘導コイルの構造によって蓄電結合を減少させ、安定的に高効率の誘導結合プラズマを提供する。

本発明の一実施例によるプラズマ発生装置は、誘導コイル構造体を構成する誘導コイルの間に直列連結された補助蓄電器を通じて電圧を分配して、全体的に印加される最大電圧を減少させる。

発明の一実施例によるプラズマ発生装置は、誘導コイル構造体を構成する個々の誘導コイルが誘電体・チューブと接触する地点で同一の電位を有するに従って、寄生蓄電器の発生を抑制し、放電安定性を向上させ、局部的なイオンスパッタリングを抑制する。

本発明の一実施例による半導体基板処理装置を説明する概念図である。 本発明の一実施例による誘導結合プラズマ発生装置を説明する概念図である。 図２Ａの誘導結合プラズマ発生装置を説明する回路図である。 図２Ａの誘導結合プラズマ発生装置の電圧分配を説明する図面である。 図２Ａの誘導結合プラズマ発生装置を説明する平面図である。 図２Ａの誘導結合プラズマ発生装置の誘導コイルを説明する平面図である。 本発明の他の実施例による誘導結合プラズマ発生装置を説明する概念図である。 図３Ａの誘導結合プラズマ発生装置を説明する回路図である。 図３Ａの誘導結合プラズマ発生装置の誘導コイル構造体の電圧分配を説明する図面である。 本発明のまた他の実施例による誘導結合プラズマ発生装置を説明する概念図である。 図４Ａの誘導結合プラズマ発生装置を説明する回路図である。 図４Ａの誘導結合プラズマ発生装置の誘導コイル構造体の電圧分配を説明する図面である。 図４Ａの誘導結合プラズマ発生装置の誘導コイルを説明する平面図である。 本発明のまた他の実施例による誘導結合プラズマ発生装置を説明する概念図である。 図５Ａの誘導結合プラズマ発生装置の誘導コイルを説明する平面図である。

誘電体放電チューブを包むように配置されたアンテナで、前記誘電体放電チューブ内で低い圧力（数十Ｔｏｒｒ以下の流体効果がない圧力範囲）条件で高い電位（３ ｋＶ以上）が印加される。この場合、前記誘電体放電チューブ内にはプラズマが発生される。前記誘電体放電チューブの表面は、イオンの衝突によって加熱される。これによって、前記誘電体放電チューブは、摂氏１０００度以上に加熱される。高い熱は、前記誘電体放電チューブの表面を変性させるか、又は前記誘電体放電チューブに穿孔を発生させる。

アンテナに印加される高い電位は、前記アンテナのインダクタンス、周波数、そして電流に影響を受ける。高い電力条件で、前記アンテナに印加される高い電位は必ず現れる。したがって、前記アンテナに発生する高い電位を下げる必要がある。

本発明は、このような数キロワット以上の高電力が印加された場合、印加された高い電圧を減少させて、イオン衝突による加熱を最小化できる方法を提案する。

誘導結合プラズマ装置は、半導体工程装置、誘導結合分光分析装置、イオンビーム生成装置、蒸着チャンバ内の洗浄装置、蒸着チャンバの排気口洗浄装置、半導体工程装置の廃ガス除去のためのプラズマスクラバ、化学気相蒸着装置の工程チャンバを洗浄する洗浄装置などに使用される。

本発明の一実施例によると、誘導結合プラズマ発生装置は、半導体工程チャンバに活性種を提供する遠隔プラズマソースとして使用される。

誘導結合プラズマを発生させる誘導コイルとプラズマは、変圧器回路によってモデリングされる。これによって、誘導結合プラズマは、変圧器結合プラズマ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）と呼ばれる。誘導コイルは変圧器回路の１次コイルによって動作し、プラズマは変圧器回路の２次コイルによって動作する。誘導コイルとプラズマとの間の磁気結合を増加させるために磁性体のような磁束拘束物質を使用する。しかし、磁束拘束物質は、円筒型構造の誘電体放電容器には適用し難い。誘導コイルとプラズマ上の磁気結合増加させる他の方法は、誘導コイルはインダクタンス又は巻数を増加させることである。しかし、誘導コイルのインダクタンスの増加は、インピーダンスを増加させて、効率的な電力伝達を難しくする。また、誘導コイルのインダクタンスの増加は、誘導コイルに印加される電圧を増加させて寄生アーク放電を誘発する。また、誘導コイルに印加される高い電圧は、蓄電結合放電を誘発し、誘電体放電容器のイオン衝撃による損傷及び熱損傷を誘発する。

本発明の一実施例によると、前記誘導コイルに印加される電圧を減少させるために、直列連結された誘導コイルの間に蓄電器を配置し、これに従って全体電圧は誘導コイルと蓄電器との間に電圧分配される。具体的に、前記誘導コイルを分割して、分割された誘導コイルの間に補助蓄電器を配置し、前記誘導コイルの両端にメイン蓄電器がそれぞれ配置される。これによって、スクリーニング効果（ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）による静電場が減少し、電圧分配モデルによって前記誘導コイルに印加される電圧が減少される。分割された誘導コイル及び補助蓄電器は直列共振回路を構成し、前記共振回路の共振周波数は交流電源の駆動周波数と同一である。これによって、前記誘導コイルに低い電圧が印加された状態で、安定的なインピーダンスマッチングが行われる。

誘導結合プラズマは、通常に数百ミリトル（ｍＴｏｒｒ）の圧力で数ＭＨｚの駆動周波数を使用して形成される。しかし、このような誘導結合プラズマは、誘導電場の強さが小さくて、大気圧放電又は数トル以上で放電を行うことは難しい。したがって、十分な誘導電場の強さが要求され、初期放電のための別途の手段が要求される。

誘電体チューブを包む誘導コイルにＲＦ電力を印加して誘導結合プラズマ放電を行う場合、誘導結合プラズマは前記誘電体チューブを加熱し、前記誘電体チューブは加熱されて破損される。したがって、数十ｋＷａｔｔ以上の高出力の誘導結合プラズマは構造的な限界がある。

本発明の一実施例によると、従来の誘導結合プラズマの効率又は安定性を向上させるために、１）誘導電場の強さを増加させる積層構造のアンテナ（コイル構造）、２）誘導コイルを分割し、分割された誘導コイルの間にインピーダンス減少のための蓄電器連結構造、３）全体的な共振条件を満足させるための誘導コイルの両端にメイン蓄電器を連結する構造、４）誘導コイルのプラズマの安定性を向上させ、周波数可変交流電源部などが適用される。これに従って、従来の誘導結合プラズマ装置が遂行できなかった１分当たり数十～数百リットル（ｌｉｔｅｒ）の流量を数トル以上の高圧で安定的に処理することができる。また、別途の初期放電のための電極を必要とせず、前記交流電源部の駆動周波数を共振条件から外れた状態で初期放電する。共振条件から外れた場合、誘導コイルに高電圧が印加されて、初期放電を行う。その次に、前記交流電源の駆動周波数を共振条件に変更してメイン放電を行う。

誘導コイルとアンテナは、同一の意味として、以下で混用して使用する。誘導結合プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ；ＩＣＰ）アンテナの場合、プラズマに伝達される誘導電場の強さは誘導コイルの電流及び周波数に比例し、巻き数（巻数）の二乗に比例する。したがって、誘導コイル（又はアンテナ）の巻き数を増やすほど、プラズマに高い電場を印加することができる。しかし、ソレノイドコイルの巻数が増加するにつれて、空間的な制約によって誘電体放電チューブの長さ方向にエネルギが分散される。また、誘導コイルの高いインダクタンス（インピーダンス）は、ＲＦ電源（ＲＦ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）から誘導コイル（アンテナ）への電力伝達を難しくする。

プラズマの周辺に形成される電場の密度を高めなければならないので、前記誘電体放電チューブの長さ方向に対して単位長さ当たりの巻数を最大化しなければならない。誘導コイルに高い電圧が印加された場合、誘導コイルは蓄電結合プラズマを形成して放電安定性を減少させる。前記蓄電結合プラズマは初期放電には有利であるが、蓄電結合によるイオン加速によって誘電体チューブ又は誘導電場を透過させる誘電体窓の損傷を誘発する。

本発明の一実施例によると、アンテナにかかった高電圧による誘電体放電チューブの破損問題を解決するために、各層に配置されたユニットアンテナの間に蓄電器を挿入した。これに従い、さらに多くの電力が前記アンテナに印加された場合にも、誘電体放電チューブは破損されなかった。前記ユニットアンテナの間に蓄電器を使用し、前記アンテナに印加される電圧を減少させる。また、アンテナと電力入力端と電力出力端との間の高電圧による寄生放電を抑制する。

アンテナに高電圧が印加されると、高電圧によってイオンが表面に加速及び衝突して高温発熱及び損傷を誘発する。このような問題点として高い電力条件を誘導結合プラズマで適用し難く、インダクタンスを減らすか、又はアンテナをチューブから離すような対処を行う。

本発明の一実施例によると、アンテナを構成するユニットアンテナの間に適当に電圧を相殺する蓄電器を直列に位置する場合、最大の電位がアンテナを分割する回数に反比例して減少し、高い電力でも誘電体チューブの破損が軽減される。

本発明の比較例によると、同一のインダクタンスを備えたアンテナに蓄電器を適用しない場合と、アンテナを構成するユニットアンテナの間に直列に蓄電器を備えた場合に対して実験した。従来のアンテナは、２ｋＷを提供する場合にも誘電体放電チューブが破損された。しかし、本発明による場合には、８ ｋＷの電力適用後にも誘電体放電チューブは損傷されなかった。また、損傷されなかっただけでなく、放電も改善された。具体的に、従来のアンテナから４ ｋＷ以下の電力で投入できなかったＮ２ガスを、改善後１.５ ｋＷの電力から投入が可能であった 。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例をさらに詳細に説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施例に限定されず、他の形で具体化される。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し、完全になるように、そして、当業者に本発明の思想が十分に伝えられるように提供される。図面において、構成要素は、明確性を期するため誇張される。明細書全体に渡って、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半導体基板処理装置を説明する概念図である。

図１に示すように、前記半導体基板処理装置２は、基板を処理する工程チャンバ９２と、前記工程チャンバに誘導結合プラズマによって形成された活性種を提供する誘導結合プラズマ発生装置１００と、を含む。

前記工程チャンバ９２は、薄膜（例えば、タングステン薄膜）を前記基板９４に蒸着する。前記工程チャンバ９２は、ＷＦ６のような第１工程ガスの提供を受け、前記誘導結合プラズマ発生装置１００から活性種（例えば、水素活性種）が提供される。前記活性種は、水素（Ｈ２）プラズマで生成される。前記工程チャンバ９２は、ガス分配部９１を含む。前記ガス分配部９１は、工程ガス供給部９６から第１工程ガスの提供を受け、前記誘導結合プラズマ装置９１から活性種が提供される。前記ガス分配部９１は、前記基板に均一な薄膜を蒸着させるために提供されたガスを空間的に分配する。

前記誘導結合プラズマ発生装置１００は、遠隔プラズマソースである。前記誘導結合プラズマ発生装置１００は、数トル水準の高い圧力で高効率の水素プラズマを生成する。前記誘導結合プラズマ発生装置１００は、誘導放電モジュール１９１及び前記誘導放電モジュール１０１に電力を供給するＲＦ電源１４０を含む。前記誘導結合プラズマ発生装置１００は、第２工程ガスの提供を受けて、誘導結合プラズマを用いて活性種を発生させて、前記工程チャンバ９２に提供する。

前記工程チャンバ９２には、前記ガス分配部９１と対向して並行に配置された基板ホルダ９３及び基板ホルダ９３上に配置された基板９４を含む。前記基板ホルダ９３は、化学気相蒸着のために加熱される。前記基板は、半導体基板である。さらに具体的に、前記基板は、シリコン半導体基板である。前記工程チャンバ９２は、真空ポンプ９５によって排気される。

本発明の変形した実施例によると、前記活性種は、前記ガス分配部９１を通せず、直接前記工程チャンバに提供される。

本発明の変形した実施例によると、前記基板処理装置は、化学気相蒸着工程を行うことに限らず、様々な工程を行う。

本発明の変形した実施例によると、前記誘導結合プラズマ装置１００は、化学気相蒸着工程に使用されることに限らず、前記工程チャンバの洗浄工程に使用される。例えば、前記基板処理装置２は別途の遠隔プラズマソースを備え、別途の遠隔プラズマソースはＮＦ３を放電して前記工程チャンバ９２に提供して洗浄工程を行う。この場合、前記工程チャンバの工程環境はフッ素によって変わるので、本発明の誘導結合プラズマ装置１００は水素活性種を前記工程チャンバ９２に提供する。これによって、前記工程チャンバ９２の内壁に吸着されたフッ素は、水素活性種と反応して除去される。

図２Ａは、本発明の一実施例による誘導結合プラズマ発生装置を説明する概念図である。

図２Ｂは、図２Ａの誘導結合プラズマ発生装置を説明する回路図である。

図２Ｃは、図２Ａの誘導結合プラズマ発生装置の電圧分配を説明する図面である。

図２Ｄは、図２Ａの誘導結合プラズマ発生装置を説明する平面図である。

図２Ｅは、図２Ａの誘導結合プラズマ発生装置の誘導コイルを説明する平面図である。

図２Ａないし図２Ｅに示すように、前記誘導結合プラズマ発生装置１００は、長さ方向に延長される誘電体チューブ１３０と、前記誘電体チューブを包むように配置され、前記誘電体チューブ内に誘導結合プラズマを生成する第１誘導コイル構造体１１０と、互いに逆位相の正の出力及び負の出力を提供し、前記第１誘導コイル構造体の両端にＲＦ電力の正の出力及び負の出力をそれぞれ供給し、駆動周波数を変更するＲＦ電源１４０と、前記ＲＦ電源の正の出力端と前記第１誘導コイル構造体の一端との間に配置された第１メイン蓄電器１２１と、前記ＲＦ電源の負の出力端と前記第１誘導コイル構造体の他端との間に配置された第２メイン蓄電器１２２と、を含む

前記第１誘導コイル構造体１１０は、互いに直列連結され、互いに異なる層にそれぞれ配置され、各層で少なくとも１ターン（ｏｎｅ ｔｕｒｎ）以上を備えた誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８と、互いに隣接した誘導コイルの間にそれぞれ配置されて、前記誘導コイルに印加される電圧を分配する補助蓄電器１１３、１１５、１１７と、を含む。

前記ＲＦ電源１４０の駆動周波数は、数百ｋＨｚないし数ＭＨｚである。前記ＲＦ電源１４０の出力電力は、数百ワットないし数十キロワットである。前記ＲＦ電源１４０は、第１誘導コイル構造体を通じて時変負荷（誘導結合プラズマ）に電力を供給する。前記第１誘導コイル構造体１１０の誘導コイルは、誘導結合プラズマと電磁気的に結合する。したがって、前記ＲＦ電源１４０と前記第１誘導コイル構造体１１０との間にインピーダンスをマッチングすることができる装置が求められる。前記ＲＦ電源１４０は、逆位相の第１出力と第２出力を有する。特定の時間に、前記第１出力と前記第２出力は、接地を基準として互いに逆位相を有する。

通常のインピーダンスマッチングネットワークは、２つの可変リアクタンス素子（例えば、真空可変蓄電器）又は変圧器を使用してインピーダンスマッチングを行う。この場合、前記第１誘導コイル構造体１１０は、前記駆動周波数と安定的な共鳴条件を満たすことが困難である。したがって、前記第１誘導コイル構造体で隣り合う一対の誘導コイルと補助蓄電器が直列共鳴条件を満たすように可変駆動周波数を有するＲＦ電源が使用される。

前記誘電体チューブ１３０は、円筒形状であり、長さ方向に延長される。前記誘電体チューブ１３０の材質は、高温で耐えられるガラス、クォーツ、セラミック、アルミナ、又はサファイア材質である。前記誘電体チューブ１３０の内径は、数十ミリメートルである。前記誘電体チューブ１３０の長さは、数十センチメートルである。
円筒形誘導結合プラズマ装置は、円筒型誘電体放電チューブ及び前記放電チューブを包むアンテナを含む。円筒形誘導結合プラズマで、誘導電場が前記誘電体放電のチューブに垂直入射しないため、イオン衝撃による損傷が少ない。 前記円筒形誘導結合プラズマは、円筒形状の誘電体放電チューブの中心軸方向の誘導電場を生成する。しかし、前記アンテナに高電圧が印加されれば、前記アンテナは蓄電結合プラズマを生成し、前記誘電体チューブを加熱する。したがって、前記アンテナに高電圧が印加されないように新しい誘導コイル構造が求められる。

前記第１誘導コイル構造体１１０で誘導電場は、駆動周波数と電流（又は単位長さ当たりのターン数）に依存する。また、前記第１誘導コイル構造体１１０に印加される最大電圧は、前記第１誘導コイル構造体１１０の総インピーダンスと電流に依存する。前記第１誘導コイル構造体１１０のインピーダンスは第１誘導コイル構造体のインダクタンスと駆動周波数に依存する。したがって、第１誘導コイル構造体に印加される最大電圧を減少させるために、第１誘導コイル構造体のインダクタンスを増加させると、誘導電場の強さは増加するが、高い最大電圧によって蓄電結合効果が増加する。したがって、前記第１誘導コイル構造体のインピーダンスを減少させるために、前記第１誘導コイル構造体１０は、複数の誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８と隣り合う誘導コイルとの間に挿入された補助蓄電器１１３、１１５、１１７を含む。また、前記誘導コイルと隣り合う補助蓄電器は、互いに直列共振回路を構成する。前記誘導コイルと前記補助蓄電器は、電気的に交番して配置され、互いに直列連結される。これによって、前記第１誘導コイル構造体は、全体的に低いインピーダンスを提供する。前記補助蓄電器の数は、前記誘導コイルの数より１つ少ない。

また、前記第１誘導コイル構造体１１０は、全体的に完全な共振回路を構成する。このために、第１メイン蓄電器１２１は、前記第１誘導コイル構造体１１０の一端に連結され、第２メイン蓄電器１２２は、前記第１誘導コイル構造体１１０の他端に連結される。一方、完璧な共振回路を構成するために、前記第１メイン蓄電器１２１の静電容量Ｃ２は、前記補助蓄電器の静電容量Ｃ１の２倍２Ｃ１である。

このような共振回路を構成した場合、前記第１誘導コイル構造体１１０に印加される最大電圧は、それぞれの誘導コイルに分割した倍数に逆比例する。

前記第１誘導コイル構造体１１０は、互いに直列連結され、互いに異なる層にそれぞれ配置され、各層で少なくとも１ターン（ｏｎｅ ｔｕｒｎ）以上を備えた誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８と、互いに隣接した誘導コイルの間にそれぞれ配置されて、前記誘導コイルに印加される電圧を分配する補助蓄電器１１３,１１５と、を含む。

誘導コイルは、第１ないし第４誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８を含む。前記補助蓄電器は、第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７を含む。前記第１ないし第４誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８それぞれのインダクタンスは、同一であり、Ｌ１である。また、前記第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７それぞれの静電容量は、同一であり、Ｃ１である。前記第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７それぞれは、２Ｃ１を有し、直列連結された一対の仮想蓄電器として表示される。これによって、第１メイン蓄電器１２１、第１誘導コイル１１２、及び前記仮想蓄電器は、共振回路を構成して全体的に電圧を減少させる。

前記補助蓄電器１１３、１１５、１１７を連結しない場合に比較すると、前記補助蓄電器を連結することによって、電圧は誘導コイルの個数に反比例して減少する。それにもかかわらず、全体的な誘電体チューブ単位長さ当たりのターン数は維持される。このような共振条件を満足するために、前記駆動周波数は、前記共振周波数に一致するように制御される。

また、誘電体チューブ単位長さ当たりのターン数をさらに増加させて誘導電場の強さを増加させるために、前記誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８それぞれは３ターンコイル又は４ターンコイルである。前記誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８は、互いに十分に稠密垂直に積層され、電気的な連結のための空間を求める。これを満足するために、各誘導コイルは配置平面をジャンピングする部位を有しなく、各誘導コイルの入力端と出力端は互いに積層される部位に配置されてはならない。この目的のために、次のような誘導コイルが提案される。

前記誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８は、順に積層された第１ないし第４誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８を含む。前記補助蓄電器１１３、１１５、１１７は、第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７を含む。

各誘導コイルの間の補助蓄電器は、電位を反対に逆転させる。すなわち、同一の配置平面で誘電体チューブに近いターン（又は第１円弧部）と最も遠いターン（第４円弧部）は、互いに反対電位になるように誘導される。前記誘電体チューブの内側では、前記誘導コイルの電位が相殺されて、前記誘電体チューブの方への蓄電結合による静電電場が現れない。このような静電電場の減少は、蓄電結合効果を減少させる。

一般のアンテナはインダクタンスによって両端に大きな電位差が発生し、大きな電位差はイオンを加速させてエネルギ損失を誘発し、誘電体チューブを加熱して損傷させる。しかし、誘導コイルの間に置かれた補助蓄電器は、電位差を減らし、各誘導コイルの内側と外側の電位を互いに反対に設定する。これによって、互いに反対符号の電位は、誘電体チューブ内で双極子フィールドによって動作して静電電場を減少させる。前記誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８それぞれは、同一平面で内側から外側に巻かれる複数の巻線を備える。

前記第１誘導コイル１１２は、前記誘電体チューブを包むように配置される。前記第２誘導コイル１１４は、前記第１誘導コイル１１２が配置される場合に備えて、反時計回りに９０度回転して、前記第１誘導コイル１１２の下部に整列して配置される。前記第３誘導コイル１１６は、前記第２誘導コイル１１４が配置される場合に備えて、反時計回りに９０度回転して、前記第２誘導コイル１１４の下部に整列して配置される。前記第４誘導コイル１１８は、前記第３誘導コイル１１６が配置される場合に備えて、反時計回りに９０度回転して、前記第３誘導コイル１１６の下部に整列して配置される。前記第１誘導コイル１１２の一端は、前記第１メイン蓄電器１２１を通じて前記ＲＦ電源１４０の正の出力端に連結される。前記第１誘導コイル１１２の他端は、前記第１補助蓄電器１１３を通じて前記第２誘導コイル１１４の一端に連結される。前記第２誘導コイル１１４の他端は、前記第２補助蓄電器１１５を通じて前記第３誘導コイル１１６の一端に連結される。前記第３誘導コイル１１６の他端は、前記第３の補助蓄電器１１７を通じて前記第４誘導コイル１１８の一端に連結される。前記第４誘導コイル１１８の他端は、前記第２メイン蓄電器１２２を通じて前記ＲＦ電源１４０の負の出力端に連結される。前記第１ないし第４誘導コイルは、全体的に方位角対称性を維持するために９０度ずつ回転して順に積層される。

誘導コイルそれぞれの最も内側巻線の電圧（例えば、２Ｖ）は、最も外側巻線の電圧（例えば、－２Ｖ）と反対位相を有する。また、全ての誘導コイルの最も内側巻線の電圧は同一である。これによって、隣り合う誘導コイルの間の寄生静電容量が最小化され、放電特性が改善される。また、前記誘電体チューブ内部のプラズマは、前記内部巻線による同一の電圧を示すので、局部的なイオンスパッタリングが減少される。

誘導コイルを分割して、その分割された誘導コイルの間に補助蓄電器を挿入して、最大電圧を減少させる。しかし、十分な誘導電場を提供するために、単位長さ当たりのターン数を増加させる必要がある。単位長さ当たりのターン数を増加させるために、各誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８のターン数を増加させる。しかし、各誘導コイルは、同一の配置平面に配置される必要がある。もし、各誘導コイルが配置平面を外す配線を有する場合、隣り合う層に配置された誘導コイルの稠密な積層を妨害する。各誘導コイルは、同一の配置平面で３ターン又は４ターンを有する。

本発明の変形した実施例によると、各誘導コイルの巻数は５ターン以上に変形される。

前記誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８それぞれは、直角座標系で第１方向（ｘ軸方向）に開放された部位を有し、第１中心角を有し、配置平面に配置され、一定の第１半径を有する第１円弧部２２ａと、前記第１中心角以下の第２中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第１半径より大きな第２半径を有し、前記第１円弧部２２ａの中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第２円弧部２２ｂと、前記第２中心角以下の第３中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第２半径より大きな第３半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第３円弧部２２ｃと、前記第３中心角以下の第４中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第３半径より大きな第４半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第４円弧部２２ｄと、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部２２ａの一端に連結され、前記第１方向（ｘ軸方向）に延長される第１連結部２３ａと、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部２２ａの他端と前記第２円弧部２２ｂの一端を連結する“Ｕ”字型の第１円弧連結部２４ａと、前記配置平面に配置され、前記第２円弧部の他端と前記第３円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第２円弧連結部２４ｂと、前記配置平面に配置され、前記第３円弧部の他端と前記第４円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第３円弧連結部２４ｃと、前記配置平面に配置され、前記第４円弧部２２ｄの他端に連結され、前記第１方向に延長される第２連結部２３ｂと、を含む。前記第４中心角は、２７０度以上である。第１円弧連結部２４ａ、前記第２円弧連結部２４ｂ、及び前記第３円弧連結部２４ｃは、互いに重ならないようい配置される。第１円弧連結部２４ａは、前記第２円弧連結部２４ｂによって定義された領域内に配置される。

前記誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８のそれぞれにおいて、巻線（例えば、第１円弧部ないし第４円弧部）間の間隔は一定である。例えば、前記間隔は、１ｍｍないし３ ｍｍである。前記誘導コイルが十分な方位角対称性を提供するために、第１ないし第４中心角は２７０度以上である。一方、前記第１円弧部ないし第４円弧部は、電圧差による大気圧でアーク放電を抑制するために数ミリメートル以上の十分な間隔を維持する。

隣り合う層に配置された誘導コイルは、絶縁スペーサ１５０によって電気的に絶縁される。前記絶縁スペーサ１５０は、ワッシャの形で前記誘電体チューブ１３０の外側面に挿入され、中心に貫通ホールを有する薄い円板状である。前記絶縁スペーサ１５０は、ガラス、プラスチック又はテフロンである。前記絶縁スペーサ１５０の厚さは、ミリメートル水準である。前記絶縁スペーサ１５０の内半径は、前記誘電体チューブ１３０の外半径と実質的に同一であり、前記絶縁スペーサ１５０の外半径は、前記誘導コイルの最外殼半径と実質的に同一である。前記絶縁スペーサ１５０の内半径と外半径との間の幅は、数センチメートルないし数十センチメートルである。

一方、前記誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８の少なくとも一部は、セラミックペーストによってモールディングされる。前記誘導コイルの少なくとも一部を包むセラミックモールド１５２は、前記誘電体チューブ１３０と熱的に接触する。これによって、前記誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８内に冷媒が流れる場合、前記冷却された誘導コイルは前記セラミックモールド１５２を冷却し、前記セラミックモールド１５２は前記誘電体チューブ１３０を間接的に冷却する。

前記誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８それぞれは、各層に前記誘電体チューブから外方向に４重巻きの形である。隣り合う層の一対の誘導コイルは、その間に直列連結された補助蓄電器を通じて直列連結される。これによって、前記補助蓄電器の静電容量は、前記誘導コイルのインダクタンスを相殺する。４つの誘導コイルは、一つのグループを形成する。４つの誘導コイルは、反時計回りに９０度間隔で回して配置される。

前記誘電体チューブの両端は、フランジによってシーリングされる。上部フランジ１３２は、前記誘電体チューブの一端を固定し、水素と窒素の混合ガスを提供するノズル１３１を含む。前記誘電体チューブの中心部位を包んでいる誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８は、前記誘電体チューブ内に誘導結合プラズマを生成する。下部フランジ１３４は、前記誘電体チューブの他端を固定し、前記誘電体チューブの他端には、前記誘導結合プラズマによって追加的に分解されるガスが提供される。

図３Ａは、本発明の他の実施例による誘導結合プラズマ発生装置を説明する概念図である。

図３Ｂは、図３Ａの誘導結合プラズマ発生装置を説明する回路図である。

図３Ｃは、図３Ａの誘導結合プラズマ発生装置の誘導コイル構造体の電圧分配を説明する図面である。

図３Ａないし図３Ｃに示すように、前記誘導結合プラズマ発生装置２００は、 長さ方向に延長される誘電体チューブ１３０と、前記誘電体チューブを包むように配置され、前記誘電体チューブ内に誘導結合プラズマを生成する第１誘導コイル構造体１１０と、互いに逆位相の正の出力及び負の出力を提供し、前記第１誘導コイル構造体の両端にＲＦ電力の正の出力及び負の出力をそれぞれ供給し、駆動周波数を変更するＲＦ電源１４０と、前記ＲＦ電源の正の出力端と前記第１誘導コイル構造体の一端との間に配置された第１メイン蓄電器１２１と、前記ＲＦ電源の負の出力端と前記第１誘導コイル構造体の他端との間に配置された第２メイン蓄電器１２２と、を含む。

第２誘導コイル構造体２１０は、前記誘電体チューブ１３０を包むように配置され、前記第１誘導コイル構造体１１０と長さ方向に離隔して配置され、前記第１誘導コイル構造体１１０と同一の構造を有し、前記誘電体チューブ１３０内に誘導結合プラズマを生成する。

前記第２誘導コイル構造体２１０の一端は、前記第１誘導コイル構造体１１０の一端と連結され、前記第２誘導コイル構造体２１０の他端は、前記第１誘導コイル構造体１１０の他端と連結される。前記第１誘導コイル構造体１１０と前記第２誘導コイル構造体２１０は、前記第１メイン蓄電器１２１と前記第２メイン蓄電器１２２との間で互いに並列連結される。

前記第１誘導コイル構造体１１０と前記第２誘導コイル構造体２１０を構成する前記誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８それぞれは、同一の第１インダクタンスＬ１を有する。前記第１誘導コイル構造体１１０と前記第２誘導コイル構造体２１０を構成する前記補助蓄電器１１３、１１５、１１７それぞれは、同一の第１静電容量Ｃ１を有する。前記ＲＦ電源１４０の駆動周波数は、直列連結された前記第１インダクタンスＬ１と前記第１静電容量Ｃ１による共鳴周波数と一致するように制御される。

前記第１メイン蓄電器及び前記第２メイン蓄電器は、それぞれ同一の第２静電容量Ｃ２を有し、前記第２静電容量Ｃ２は、前記第１静電容量Ｃ１の４倍である。

前記第１誘導コイル構造体１１０の一端と前記第２誘導コイル構造体２１０の一端は、互いに隣接して配置される。前記第１誘導コイル構造体の一端と前記第２誘導コイル構造体の一端は、互いに連結されて前記第１メイン蓄電器１２１に連結される。前記第１誘導コイル構造体１１０の他端と前記第２誘導コイル構造体２１０の他端は、互いに連結されて前記第２メイン蓄電器に連結される。

前記第１誘導コイル構造体１１０と前記第２誘導コイル構造体２１０は、前記誘電体放電チューブ１３０の一地点を基準として上／下に鏡面対称して配置される。電流は、中央から上／下に分散されて、再び両端で集まる。

また、前記第１誘導コイル構造体１１０及び第２誘導コイル構造体２１０は、全体的に完全な共振回路を構成する。これを達成するために、第１メイン蓄電器１２１は、前記第１誘導コイル構造体１１０の一端及び前記第１誘導コイル構造体２１０の一端に連結される。第２メイン蓄電器１２２は、前記第１誘導コイル構造体１１０の他端と前記第２誘導コイル構造体の他端に連結される。一方、完璧な共振回路を構成するために、前記第１メイン蓄電器１２１の静電容量Ｃ２は、前記補助蓄電器の静電容量Ｃ１の４倍４Ｃ１である。前記第１メイン蓄電器は、２Ｃ１を有する互いに並列連結された蓄電器として表示される。

誘導コイルは、第１ないし第４誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８を含む。前記補助蓄電器は、第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７を含む。前記第１ないし第４誘導コイル１１２、１１４、１１６、１１８それぞれのインダクタンスは、同一であり、Ｌ１である。また、前記第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７それぞれの静電容量は、同一であり、Ｃ１である。前記第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７それぞれは、２Ｃ１を有し、直列連結された一対の仮想蓄電器として表示される。これによって、第１メイン蓄電器１２１の一部２Ｃ１、第１誘導コイル１１２、及び前記仮想蓄電器２Ｃ１は、共振回路を構成して全体的に電圧を減少させる。

第１誘導コイル構造体１１０と第２誘導コイル構造体２１０は、互いに並列に連結されて全体８つの誘導コイルを含む。前記第１誘導コイル構造体の誘導コイルは、順に反時計回りに９０度間隔で回して配置される。前記第２誘導コイル構造体の誘導コイルは、順に時計回りに９０度間隔で回して配置される。

誘導コイルの間にインピーダンスの虚数部を相殺するための補助蓄電器が配置される。４つずつ直列連結された２つのグループの第１誘導コイル構造体と第２誘導コイル構造体は、両端が互いに並列連結された後に外部端子に電気的に連結される。

各誘導コイル間の補助蓄電器は、電位を反対に逆転させる。すなわち、同一の配置平面で誘電体チューブに最も内側のターン（又は第１円弧部）と最も外側のターン（第４円弧部）は、互いに反対電位になるように誘導される。前記誘電体チューブの内側では、前記誘導コイルの電位が相殺されて、前記誘電体チューブの方への蓄電結合による静電電場が現れない。このような静電電場の減少は、蓄電結合効果を減少させる。

一般のアンテナはインダクタンスによって両端に大きな電位差が発生し、大きな電位差はイオンを加速させてエネルギ損失を誘発し、誘電体チューブを加熱して損傷させる。しかし、誘導コイルの間に置かれた補助蓄電器は、電位差を減らし、各誘導コイルの内側と外側の電位を互いに反対に設定する。これによって、互いに反対符号の電位は、誘電体チューブ内で双極子フィールドによって動作して静電電場を減少させる。

図４Ａは、本発明のまた他の実施例による誘導結合プラズマ発生装置を説明する概念図である。

図４Ｂは、図４Ａの誘導結合プラズマ発生装置を説明する回路図である。

図４Ｃは、図４Ａの誘導結合プラズマ発生装置の誘導コイル構造体の電圧分配を説明する図面である。

図４Ｄは、図４Ａの誘導結合プラズマ発生装置の誘導コイルを説明する平面図である。

図４Ａないし図４Ｄに示すように、前記誘導結合プラズマ発生装置３００は、長さ方向に延長される誘電体チューブ１３０と、前記誘電体チューブを包むように配置され、前記誘電体チューブ内に誘導結合プラズマを生成する第１誘導コイル構造体３１０と、互いに逆位相の正の出力及び負の出力を提供し、前記第１誘導コイル構造体の両端にＲＦ電力の正の出力及び負の出力をそれぞれ供給し、駆動周波数を変更するＲＦ電源１４０と、前記ＲＦ電源の正の出力端と前記第１誘導コイル構造体の一端との間に配置された第１メイン蓄電器１２１と、前記ＲＦ電源の負の出力端と前記第１誘導コイル構造体の他端との間に配置された第２メイン蓄電器１２２と、を含む。

前記第１メイン蓄電器１２１及び前記第２メイン蓄電器１２２は、それぞれ同一の第２静電容量Ｃ２を有し、前記第２静電容量Ｃ２は、前記補助蓄電器の前記第１静電容量Ｃ１の２倍である。

誘導コイルは、第１ないし第４誘導コイル３１２、３１４、３１６、３１８を含む。前記補助蓄電器は、第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７を含む。前記第１ないし第４誘導コイル３１２、３１４、３１６、３１８それぞれのインダクタンスは、同一であり、Ｌ１である。また、前記第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７それぞれの静電容量は、同一であり、Ｃ１である。前記第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７それぞれは２Ｃ１を有し、直列連結された一対の仮想蓄電器として表示される。これによって、第１メイン蓄電器１２１の一部２Ｃ１、第１誘導コイル３１２、及び前記仮想蓄電器２Ｃ１は、共振回路を構成して全体的に電圧を減少させる。

前記誘導コイル３１２、３１４、３１６、３１８それぞれは、直角座標系で第１方向に開放された部位を有し、第１中心角を有し、配置平面に配置され、一定の第１半径を有する第１円弧部３２ａと、前記第１中心角以下の第２中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第１半径より大きな第２半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第２円弧部３２ｂと、前記第２中心角以下の第３中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第２半径より大きな第３半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第３円弧部３２ｃと、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の一端に連結され、前記第１方向に延長される第１連結部３３ａと、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の他端と前記第２円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第１円弧連結部３４ａと、前記配置平面に配置され、前記第２円弧部の他端と前記第３円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第２円弧連結部３４ｂと、前記配置平面に配置され、前記第３円弧部の他端に連結され、前記第１方向に延長される第２連結部３３ｂと、を含む。前記第３中心角は、２７０度以上である。

図５Ａは、本発明のまた他の実施例による誘導結合プラズマ発生装置を説明する概念図である。

図５Ｂは、図５Ａの誘導結合プラズマ発生装置の誘導コイルを説明する平面図である。

図５Ａないし図５Ｂに示すように、前記誘導結合プラズマ発生装置４００は、長さ方向に延長される誘電体チューブ１３０と、前記誘電体チューブを包むように配置され、前記誘電体チューブ内に誘導結合プラズマを生成する第１誘導コイル構造体４１０と、互いに逆位相の正の出力及び負の出力を提供し、前記第１誘導コイル構造体の両端にＲＦ電力の正の出力及び負の出力をそれぞれ供給し、駆動周波数を変更するＲＦ電源１４０と、前記ＲＦ電源の正の出力端と前記第１誘導コイル構造体の一端との間に配置された第１メイン蓄電器１２１と、前記ＲＦ電源の負の出力端と前記第１誘導コイル構造体の他端との間に配置された第２メイン蓄電器１２２と、を含む。

前記第１メイン蓄電器１２１及び前記第２メイン蓄電器１２２はそれぞれ同一の第２静電容量Ｃ２を有し、前記第２静電容量Ｃ２は前記補助蓄電器の前記第１静電容量Ｃ１の２倍である。
誘導コイルは、第１ないし第４誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８を含む。前記補助蓄電器は、第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７を含む。前記第１ないし第４誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８それぞれのインダクタンスは、同一であり、Ｌ１である。また、前記第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７それぞれの静電容量は、同一であり、Ｃ１である。前記第１ないし第３補助蓄電器１１３、１１５、１１７それぞれは、２Ｃ１を有し、直列連結された一対の仮想蓄電器として表示される。これによって、第１メイン蓄電器１２１の一部２Ｃ１、第１誘導コイル４１２、及び前記仮想蓄電器２Ｃ１は、共振回路を構成して全体的に電圧を減少させる。

前記誘導コイル４１２、４１４、４１６、４１８それぞれは、直角座標系で第１方向に開放された部位を有し、第１中心角を有し、配置平面に配置され、一定の第１半径を有する第１円弧部４２ａと、前記第１中心角以下の第２中心角を有し、前記配置平面に配置され、前記第１半径より大きな第２半径を有し、前記第１円弧部の中心軸と同一の中心軸を有するように配置された第２円弧部４２ｂと、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の一端に連結され、前記第１方向に延長される第１連結部４３ａと、前記配置平面に配置され、前記第１円弧部の他端と前記第２円弧部の一端を連結する“Ｕ”字型の第１円弧連結部４４ａと、前記配置平面に配置され、前記第２円弧部の他端に連結され、前記第１方向に延長される第２連結部４３ｂと、を含む。前記第２中心角は、２７０度以上である。

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られず、当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する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 第１誘導コイル構造体
１１２、１１４、１１６、１１８ 誘導コイル
１１３、１１５、１１７ 補助蓄電器
１２１ 第１メイン蓄電器
１２２ 第２メイン蓄電器

Claims (20)

1. 誘導コイル及びチューブを含む誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置であって、
   前記誘導コイルは、
   第１端、第２端、及び前記第１端と前記第２端との間の第１円弧部を含み、且つ前記チューブの周りに巻かれる第１ユニットアンテナと、
   前記チューブの長さ方向に前記第１アンテナユニットから所定の距離に配置され、且つ第３端、第４端、及び前記第３端と前記第４端との間の第２円弧部を含み、且つ前記チューブの周りに巻かれる第２ユニットアンテナと、
   前記第２端と前記第３端との間に連結され、且つ第１静電容量を有する第１蓄電器と、
   を備え
   前記第１ユニットアンテナ及び前記第２ユニットアンテナは第１インダクタンスを有し、
   前記誘導コイルは、前記第１インダクタンス及び前記第１静電容量に基づいて決定される第１周波数にて共振する、
   誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
2. 前記第１端は、前記第１円弧部の一端からの第１方向に延長され、前記第２端は、前記第１円弧部の他端からの第２方向に延長され、且つ
   前記第１方向及び前記第２方向は、前記チューブの長さの方向に対して垂直である、
   請求項１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
3. 前記第２方向は、前記チューブの長さ方向に鑑みて、前記チューブの中心軸の周りに前記チューブの周方向に所定の角度だけ前記第１方向から回転される方向である、
   請求項２に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
4. 前記第１端は、前記チューブの長さ方向に鑑みて、前記チューブの中心軸の周りに前記チューブの周方向に第１角度だけ前記第２端から離隔している位置に配置され、
   前記第４端は、前記チューブの長さ方向に鑑みて、前記チューブの中心軸の周りに前記チューブの周方向に前記第１角度だけ前記第３端から離隔している位置に配置される、
   請求項１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
5. 前記第１ユニットアンテナは、第１方向に開放されている、前記第１端と前記第２端との間の第１の開放された部位を含み、
   前記第２ユニットアンテナは、第２方向に開放されている、前記第３端と前記第４端との間の第２の開放された部位を含む、
   請求項１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
6. 前記第２ユニットアンテナは、前記第１ユニットアンテナに対応する形状を有する、
   請求項１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
7. 前記第１ユニットアンテナは、第１位置に前記チューブの周りに配置され、
   前記第２ユニットアンテナは、前記チューブの長さ方向に前記第１位置よりも下の所定の距離にある第２位置に前記チューブの周りに配置される、
   請求項１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
8. 前記第１ユニットアンテナは、前記第１円弧部の少なくとも一部が前記チューブと接触するように前記チューブの周りに配置される
   請求項１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
9. 前記ＩＣＰ発生装置は、前記誘導コイルの第１端と連結される第２静電容量を有する第２蓄電器をさらに備え、
   前記第２蓄電器は、前記第１端での最大電圧値及び前記第２端での最大電圧値が互いに対応することを保証する、
   請求項１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
10. 前記第１円弧部は、最も内側のターンである第１ターン、及び最も外側のターンである第２ターンを含む複数のターンを含む、
    請求項１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
11. 誘導コイル及びチューブを含む誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置であって、
    前記誘導コイルは、
    第１端及び第２端を含み、且つ前記チューブの周りに巻かれる第１ユニットアンテナと、
    前記チューブの長さ方向に前記第１アンテナユニットから所定の距離に配置され、且つ第３端及び第４端を含み、且つ前記チューブの周りに巻かれる第２ユニットアンテナと、
    を備え、
    前記第１アンテナユニットは、前記第１端と前記第２端との間の第１円弧部を設けられ、
    前記第２アンテナユニットは、前記第３端と前記第４端との間の第２円弧部を設けられ、
    前記第２端での最大電圧値及び前記第４端での最大電圧値は互いに対応する、
    誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
12. 前記第３端での最大電圧値は、前記第２端での最大電圧値よりも前記第１端での最大電圧値に近い、
    請求項１１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
13. 前記第１端と前記第２端との間の電圧は、前記第１端と前記第４端との間の電圧に対応する、
    請求項１１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
14. 前記第１端に関する前記第２端での電圧は、前記第２端に関する前記第３端での電圧と同じ値及び反対の符号を有する、
    請求項１１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
15. 前記ＩＣＰ発生装置は、接地に関するＡＣ信号を出力するＲＦ電源から電力を受け取り、
    前記第２端での最大電圧値は、前記第２端と前記接地との間の最高の測定された電圧値である、
    請求項１１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
16. 前記ＩＣＰ発生装置は、正の端子及び負の端子によってＲＦ電源に連結され、
    前記第２端での最大電圧値は、前記第２端と前記正の端子との間の最高の測定された電圧値である、
    請求項１１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
17. 特定の時点での前記第１端と前記第２端との間の電圧、及び前記特定の時点での前記第１端と前記第４端との間の電圧は互いに対応する、
    請求項１１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
18. 前記ＩＣＰ発生装置は、前記第２端と前記第３端との間に連結される電気部材をさらに備え、
    前記第２端での最大電圧値及び前記第４端での最大電圧値は互いに対応する、
    請求項１１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
19. 前記第１ユニットアンテナの第１点での最大電圧値、及び前記第２ユニットアンテナの第２点での最大電圧値は互いに対応し、
    前記第１点及び前記第２点は、前記チューブの長さ方向に鑑みて異なる位置に位置する、
    請求項１１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
20. 前記第１ユニットアンテナは複数のターンを含み、前記複数のターンは、前記複数のターンの中でも最も内側のターンである第１ターン、及び前記複数のターンの中でも最も外側のターンである第２ターンを含む、
    請求項１１に記載の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置。
    
    

Images