JP3237450U - Combined plasma source - Google Patents
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Abstract
【課題】マイクロ波プラズマ及び変圧器結合プラズマを結合したメカニズムにより、複合プラズマ源を構成して、ガス解離および化学活性化を行う複合プラズマ源を提供する。【解決手段】複合プラズマ源の反応チャンバー10は、二つのマイクロ波共振チャンバー12、14と、複数セットの中空金属管16と、から構成される。マイクロ波共振チャンバーを利用して、高強度の電場を生成してプラズマを生成した後、変圧器結合プラズマの高効率なカップリングメカニズムにより、ハイパワー及び高密度のプラズマを生成する。これにより、空気伝導を大幅に向上することができると共に、各セットの中空金属管が各セットのフェライト変圧器コア50に駆動されてパワーを分散して、各中空金属管のエネルギー密度が降下して、プラズマの拡散モードから収縮モードへの変換を減少することができ、ひいては操作可能なガス流量を更に増加することができる。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite plasma source for gas dissociation and chemical activation by constructing a composite plasma source by a mechanism in which a microwave plasma and a transformer coupled plasma are coupled. A reaction chamber 10 of a composite plasma source is composed of two microwave resonance chambers 12 and 14 and a plurality of sets of hollow metal tubes 16. A microwave resonance chamber is used to generate a high-intensity electric field to generate plasma, and then a high-efficiency coupling mechanism of transformer-coupled plasma produces high-power and high-density plasma. As a result, air conduction can be significantly improved, and the hollow metal pipes of each set are driven by the ferrite transformer core 50 of each set to disperse the power, and the energy density of each hollow metal pipe is lowered. Thus, the conversion of plasma from diffusion mode to contraction mode can be reduced, and thus the operable gas flow rate can be further increased. [Selection diagram] Fig. 2
Description
本考案は、プラズマ源に関し、特に、複合プラズマ源に関するものである。 The present invention relates to a plasma source, in particular to a composite plasma source.
プラズマ(Plasma)は、半導体プロセスやその他の工業製造で広く使用されており、その長所は、ガスの分子を分解することができ、中性ラジカル、イオン、原子、及び電子を生成し、分子で構成する反応性の高い混合物を励起して、プロセスに必要なさまざまな物理的および化学的反応を提供する点にある。
従来のプラズマを生成するメカニズムは多くあり、そのうちの一つは、フェライト変圧器コアを利用してインダクタンス結合プラズマ放電を発生するものである。その主なメカニズムは、図1に示すように、フェライト変圧器コア502を利用して、環状真空チャンバー(Toroidal Vacuum Chamber)500において、誘導電界を生成して、ガスを放電する。環状真空チャンバー500は、一端がガス入口506であり、他端がガス出口508である。このような方式は、変圧器の原理に類似する。電源がフェライト変圧器コア502の一次側と連接し、プラズマがシングルラップの二次側になって、磁束が互いに接続するため、良好なカップリング効率を形成する。プラズマにおいて、電子ドリフト電流は、誘導電界に駆動されて、真空チャンバー500に沿ってクローズ経路を形成して流動する。このため、このメカニズムも変圧器結合プラズマ (Transformer Coupled Plasma, TCP)と称する。
従来技術によれば、フェライト変圧器コア502を交流電源と接続することにより、環状真空チャンバー500において、誘導電界を生成して、プラズマにおいて、電流を励起することができるが、環状真空チャンバー500の構成は、セラミックリング504を利用して電気的バリアゾーンを形成することが必要である。そうしないと、フェライト変圧器コア502が短絡して、環状真空チャンバー500において、誘導電界を生成することができず、そして電気的バリアゾーンが十分に小さくないと、十分に強い電場強度を生成して、プラズマを安定に励起して保持することができない。しかしながら、フェライト変圧器コア502で生成する強い電場は、環状真空チャンバー500の金属の構造の影響により、セラミックリング504で構成する電気的バリアゾーンに集中し、場合によっては、領域放電によってセラミックリング504が破裂し、電気的障壁が破壊され、逆放電によって電源が損傷することさえあり、又は反応チャンバーを保護するメッキ層が離脱するという問題がある。
Plasma is widely used in semiconductor processes and other industrial manufacturing, and its advantages are that it can decompose gas molecules, generate neutral radicals, ions, atoms, and electrons, and in molecules. The point is to excite the constituent highly reactive mixtures to provide the various physical and chemical reactions required for the process.
There are many conventional mechanisms for generating plasma, one of which is to generate an inductance coupled plasma discharge using a ferrite transformer core. Its main mechanism, as shown in FIG. 1, utilizes a
According to the prior art, by connecting the
Anderson氏は、米国特許第3,500,118号および第3,987,334号で、このような方法を記載し、米国特許第4,180,763号では、フェライトコアTCPを照明の用途に適用することを提案した。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ことを提案した。このTCP技術は、ガスを解離して、大きな活性化率を有するプラズマ源を提供することに使用されている。ある高気圧大ガス流量の応用では、ハイパワー密度のプラズマを使用して、作動ガスの化学活性化を行い、又はガスの性質や成分を変更して、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」と呼ばれ、これらは、(1)チャンバーを遠隔に洗浄すること、(2)チャンバーでポリマーの表面を遠隔に灰化すること、及び(3)真空フォアラインでの下流のフォアラインの洗浄および後処理ガスの削減、を含む。これらの応用は、大流量(1slmより大きく)のマイナスの電気を帯びたプラズマ放電ガス(例えばO2、NF3、SF6)及びより高いガス圧力(1Torrより大きく)に関与する。このため、ハイパワー密度が必要であり、そうしないと、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。高気圧大流量の操作条件では、多くのインダクタンス結合プラズマ源装置と同じように、TCPの誘導電磁界の強度は、プラズマ放電を点火することが不十分であり、その他の方式により、真空反応チャンバーに高強度な電場を生成して、プラズマ放電を点火することが必要である。例えば高電圧電極を増設し、又は電気的絶縁なチャンバーの一部に高い交流電圧を流して、局所的な無線周波数グロー放電を発生する。しかし、これでは高電圧放電装置の寿命および可用性率が制限される。例えば、ある文献では、回路に共振回路を加えて高電圧(1~10kV)を生成することにより、領域放電を有効に発生してプラズマを生成することができるが、プラズマを生成した後、同じ電圧の使用を持続すると、極めて多い電流が生成してパワー素子を損壊するという記載がある。このため、回路に高圧リレー(Relay)を増設することにより、プラズマを生成した後、電源回路が非共振回路に迅速に変換されて、電圧を降下して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できない場合には、パワー素子が損壊する。一方、高電圧電極を使用すると、真空チャンバーの絶縁部品が破壊されやすく、短絡を発生し、そしてチャンバーの壁にあるメッキ層が離脱して、プロセスチャンバーに入って、粒子による汚染が発生する。
ある応用では、例えばパネルディスプレイの製造において、プロセスシステムの体積が大きいため、大量のガス(>30slm)を使用しないと、プロセスの需要に満足することができない。このため、従来技術に係る環状真空チャンバーの構造によれば、操作気圧およびパワー密度を大幅に上げることが必要である。しかしながら、そうすると、イオンと電子の衝突、二極拡散(ambipolar diffusion)及び放熱性能の制限により、真空チャンバー内の円筒形プラズマ(cylindrical plasma column)の直径が小さくなって、プラズマが拡散モード(diffusion mode)から収縮モード (contraction mode)へ変換されて、真空チャンバーを充満することができなくなり、一部のガスがプラズマによって反応できない。これにより、全体のガスの活性化率が降下して、プロセスの要求に満足することができない。酷い場合には、プラズマが不安定となって、プラズマを維持することができず、消火することさえある。したがって、プラズマの安定性を確保するために、従来技術の環状真空チャンバーの構造をどのように改善するかが、ガス流をさらに増加させるために克服しなければならない問題である。
Anderson described such methods in US Pat. Nos. 3,500,118 and 3,987,334, and in US Pat. No. 4,180,763, ferrite core TCP is used for lighting applications. Proposed to apply. Reinberg et al. Proposed in US Pat. No. 4,431,898 to remove photoresist by plasma in a semiconductor process. This TCP technique is used to dissociate a gas to provide a plasma source with a high activation rate. In some high-pressure, high-gas flow applications, high-power density plasmas are used to chemically activate the working gas, or to change the properties and composition of the gas to vacuum these chemically activated gases. Need to be sent to the system.
Such applications are called "remote plasma treatment", which include (1) remote cleaning of the chamber, (2) remote incineration of the polymer surface in the chamber, and (3) vacuum. Includes cleaning of the downstream foreline in the foreline and reduction of post-treatment gas. These applications involve high flow rates (greater than 1 slm) of negatively charged plasma discharge gases (eg O 2 , NF 3 , SF 6 ) and higher gas pressures (greater than 1 Torr). For this reason, high power densities are required, otherwise high dissociation and activation of the working gas cannot be achieved. Under high pressure and high flow operating conditions, as with many inductance coupled plasma source devices, the strength of the inductively coupled plasma of TCP is insufficient to ignite the plasma discharge, and by other means to the vacuum reaction chamber. It is necessary to generate a high intensity electric field to ignite the plasma discharge. For example, a high voltage electrode is added, or a high AC voltage is passed through a part of an electrically insulated chamber to generate a local radio frequency glow discharge. However, this limits the life and availability of the high voltage discharger. For example, in one document, by adding a resonant circuit to a circuit to generate a high voltage (1 to 10 kV), regional discharge can be effectively generated to generate plasma, but the same after plasma is generated. There is a statement that if the use of voltage is continued, an extremely large amount of current will be generated, damaging the power element. Therefore, by adding a high-voltage relay (Relay) to the circuit, after plasma is generated, the power supply circuit is quickly converted into a non-resonant circuit, and the voltage can be dropped to avoid damage due to a large current. .. However, if the relay fails or the control signal is delayed and the relay cannot be started immediately, the power element is damaged. On the other hand, when high voltage electrodes are used, the insulating components of the vacuum chamber are easily destroyed, causing a short circuit, and the plating layer on the wall of the chamber is detached and enters the process chamber, causing contamination by particles.
In some applications, for example in the manufacture of panel displays, the volume of the process system is so large that it cannot meet the demands of the process without the use of large amounts of gas (> 30 slm). Therefore, according to the structure of the annular vacuum chamber according to the prior art, it is necessary to significantly increase the operating air pressure and the power density. However, when doing so, the diameter of the cylindrical plasma in the vacuum chamber becomes smaller due to the collision of ions and electrons, the dipolar diffusion, and the limitation of heat dissipation performance, and the plasma becomes a diffusion mode. ) Is converted to the diffusion mode, the vacuum chamber cannot be filled, and some gas cannot react with the plasma. This reduces the overall gas activation rate and makes it impossible to meet the process requirements. In severe cases, the plasma becomes unstable, unable to maintain the plasma, and even extinguish the fire. Therefore, how to improve the structure of the prior art annular vacuum chamber to ensure plasma stability is a problem that must be overcome in order to further increase the gas flow.
上記の従来技術の課題を解決するために、本考案の目的は、従来のTCPプラズマ技術の欠点を改善し、更に、作動ガスの流量を増加することにある。
その主な技術は、(1)マイクロ波プラズマとTCPプラズマを結合するメカニズムにより、複合プラズマ源を構成する。マイクロ波共振チャンバーを利用して、高強度の電場を生成してプラズマを生成した後、TCPのプラズマに対する高効率なエネルギー結合メカニズムにより、ハイパワー及び高密度のプラズマを生成する。これにより、高電圧点火装置の欠点を解決することができると共に、マイクロ波は、初期的なプラズマを励起して維持する役割を担当するため、TCPの弱電場による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ができる。
(2)反応チャンバーは、二つのマイクロ波共振チャンバー及び複数セットの中空金属管で構成され、従来技術に係る環状真空チャンバー(Toroidal Vacuum Chamber)に比べて、空気伝導を大幅に増加することができ、ガス流量が多い場合には、ガス圧力を数Torrの範囲に維持することができる。同時に、各セットの中空金属管のパワーが分散されるため、各中空金属管のエネルギー密度が降下して、プラズマの拡散モード(Diffusion Mode)から収縮モード(Contraction Mode)への変換を減少することができる。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to improve the shortcomings of the conventional TCP plasma technique and to increase the flow rate of the working gas.
The main techniques are (1) to construct a composite plasma source by a mechanism for combining microwave plasma and TCP plasma. A microwave resonance chamber is used to generate a high-intensity electric field to generate plasma, and then TCP's highly efficient energy coupling mechanism for plasma produces high-power and high-density plasma. As a result, the shortcomings of the high voltage igniter can be solved, and since the microwave is responsible for exciting and maintaining the initial plasma, the shortcomings due to the weak electric field of TCP can be solved. The stability of the plasma can be improved.
(2) The reaction chamber is composed of two microwave resonance chambers and a plurality of sets of hollow metal tubes, and can significantly increase air conduction as compared with the annular vacuum chamber (Toroidal Vacuum Chamber) according to the prior art. When the gas flow rate is high, the gas pressure can be maintained in the range of several Torr. At the same time, the power of each set of hollow metal tubes is distributed, which reduces the energy density of each hollow metal tube, reducing the conversion of plasma from the diffusion mode to the control mode. Can be done.
本考案の主な目的は、マイクロ波プラズマ及びTCPプラズマを結合したメカニズムによって構成される複合プラズマ源を提供することにある。 A main object of the present invention is to provide a composite plasma source configured by a mechanism in which microwave plasma and TCP plasma are combined.
本考案の次の目的は、マイクロ波共振チャンバーを利用して、高強度の電場を生成してプラズマを生成した後、TCPのメカニズムにより、エネルギーを有効にカップリングして、ハイパワー及び高密度のプラズマを生成する複合プラズマ源を提供することにある。 The next object of the present invention is to use a microwave resonance chamber to generate a high-intensity electric field to generate plasma, and then use a TCP mechanism to effectively couple energy to achieve high power and high density. The purpose is to provide a composite plasma source for producing the plasma of the above.
本考案に係る複合プラズマ源は、第1のマイクロ波共振チャンバー、第2のマイクロ波共振チャンバー、及び少なくとも一対の金属管を備える反応チャンバーと、前記中空金属管にそれぞれ嵌められる二つの中空ゾーンを有するフェライトコアと、前記二つの中空ゾーンにより、前記フェライトコアに絡み付けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに電気的に接続されている駆動電源と、を備える少なくとも一つのフェライト変圧器コアと、を備え、前記中空金属管の両端は、それぞれ、前記第1のマイクロ波共振チャンバー及び前記第2のマイクロ波共振チャンバーと連通し、少なくとも一つのマイクロ波は、前記反応チャンバーに導入されることにより、前記反応チャンバーにおける作動ガスを励起してプラズマを生成し、前記駆動電源は、前記誘導コイルに電気的に接続されており、これにより、前記反応チャンバーの前記中空金属管において、誘導電界を生成し、前記誘導電界は、前記プラズマを励起することにより、前記反応チャンバーにおいて、クローズ経路を有する電流を形成して、前記作動ガスを更に解離させて前記プラズマの密度を増加することを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention includes a first microwave resonance chamber, a second microwave resonance chamber, a reaction chamber including at least a pair of metal tubes, and two hollow zones fitted in the hollow metal tubes, respectively. At least one ferrite transformer core comprising a ferrite core, an induction coil entwined with the ferrite core by the two hollow zones, and a drive power source electrically connected to the induction coil. Both ends of the hollow metal tube communicate with the first microwave resonance chamber and the second microwave resonance chamber, respectively, and at least one microwave is introduced into the reaction chamber. , The working gas in the reaction chamber is excited to generate plasma, and the drive power source is electrically connected to the induction coil, whereby an induced electric current is generated in the hollow metal tube of the reaction chamber. However, the induced electric field is characterized in that by exciting the plasma, a current having a closed path is formed in the reaction chamber to further dissociate the working gas and increase the density of the plasma. ..
本考案に係る複合プラズマ源は、電流は、第1のマイクロ波共振チャンバー、中空金属管および第2のマイクロ波共振チャンバーを循環し、クローズ経路を構成することを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention is characterized in that an electric current circulates in a first microwave resonance chamber, a hollow metal tube and a second microwave resonance chamber to form a closed path.
本考案に係る複合プラズマ源は、更に、少なくとも一つのマイクロ波源を備え、マイクロ波源は、反応チャンバーの第1のマイクロ波共振チャンバー、第2のマイクロ波共振チャンバー、又は第1のマイクロ波共振チャンバー及び第2のマイクロ波共振チャンバーに設けられており、反応チャンバーにマイクロ波を導入するためのものであることを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention further comprises at least one microwave source, wherein the microwave source is a first microwave resonance chamber, a second microwave resonance chamber, or a first microwave resonance chamber of the reaction chamber. It is provided in the second microwave resonance chamber and is characterized in that it is for introducing microwaves into the reaction chamber.
本考案に係る複合プラズマ源は、マイクロ波源は、同軸に設けられている、マグネトロンと、中央金属棒と、円筒形外管と、を備え、中央金属棒は円筒形外管内に位置し、中央金属棒の一端がマグネトロンの出力アンテナに連接されており、中央金属棒の他端が反応チャンバーに伸び込むことにより、マグネトロンで生成したマイクロ波は、中央金属棒および円筒形外管を経由して、反応チャンバーに導入されることを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention includes a magnetron, a central metal rod, and a cylindrical outer tube, the microwave source being coaxially provided, and the central metal rod is located in the cylindrical outer tube and is central. One end of the metal rod is connected to the output antenna of the magnetron, and the other end of the central metal rod extends into the reaction chamber, so that the microwave generated by the magnetron passes through the central metal rod and the cylindrical outer tube. , It is characterized by being introduced into a reaction chamber.
本考案に係る複合プラズマ源は、マイクロ波源は、更に、マイクロ波マッチングエレメントを備え、マイクロ波マッチングエレメントは、マグネトロンで生成されたマイクロ波の中央金属棒および円筒形外管を経由して、反応チャンバーに導入されるときの反射量を減少するためのものであり、これにより、マイクロ波が反応チャンバーに入り込むことを特徴とする。 In the composite plasma source according to the present invention, the microwave source further comprises a microwave matching element, and the microwave matching element reacts via the central metal rod and the cylindrical outer tube of the microwave generated by the magnetron. It is intended to reduce the amount of reflection when introduced into the chamber, which is characterized in that microwaves enter the reaction chamber.
本考案に係る複合プラズマ源は、マイクロ波マッチングエレメントは、横方向に沿って円筒形外管に設けられている金属同軸管を備え、金属同軸管は、同軸に設けられている、横管、金属板、及びクロスバーを有し、横管は、横方向に沿って円筒形外管に設けられており、クロスバーは、円筒形外管から横管に伸び込み、金属板はクロスバーに設けられていることを特徴とする。 In the composite plasma source according to the present invention, the microwave matching element is provided with a metal coaxial tube provided in a cylindrical outer tube along the lateral direction, and the metal coaxial tube is provided coaxially with the horizontal tube. It has a metal plate and a crossbar, the crossbar is provided in the cylindrical outer tube along the lateral direction, the crossbar extends from the cylindrical outer tube to the crossbar, and the metal plate becomes the crossbar. It is characterized by being provided.
本考案に係る複合プラズマ源は、金属板は、クロスバーに移動可能に設けられており、インピーダンス整合を行って、マイクロ波の反射量を改善することを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention is characterized in that the metal plate is provided so as to be movable on the crossbar, impedance matching is performed, and the amount of microwave reflection is improved.
本考案に係る複合プラズマ源は、出力アンテナと中央金属棒との間に径勾配ゾーンが設けられており、これにより、マグネトロンで生成されたマイクロ波の出力アンテナから中央金属棒に伝導するときの反射量を減少することを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention is provided with a radial gradient zone between the output antenna and the central metal rod, whereby the microwave output antenna generated by the magnetron is conducted to the central metal rod. It is characterized by reducing the amount of reflection.
本考案に係る複合プラズマ源は、円筒形外管はセラミックチューブであることを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention is characterized in that the cylindrical outer tube is a ceramic tube.
本考案に係る複合プラズマ源は、円筒形外管は閉じた真空管であることを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention is characterized in that the cylindrical outer tube is a closed vacuum tube.
本考案に係る複合プラズマ源は、中空金属管の両端は、それぞれ、少なくとも一つの電気的バリアゾーンを経由して、第1のマイクロ波共振チャンバー及び第2のマイクロ波共振チャンバーと連通することにより、反応チャンバーとフェライト変圧器コアとの間に短絡が生成することを防止することを特徴とする。 In the composite plasma source according to the present invention, both ends of the hollow metal tube communicate with the first microwave resonance chamber and the second microwave resonance chamber via at least one electric barrier zone, respectively. It is characterized by preventing a short circuit from being generated between the reaction chamber and the ferrite transformer core.
本考案に係る複合プラズマ源は、電気的バリアゾーンはセラミックリングであることを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention is characterized in that the electrical barrier zone is a ceramic ring.
本考案に係る複合プラズマ源は、第1のマイクロ波共振チャンバー及び第2のマイクロ波共振チャンバーは、中空な円筒であることを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention is characterized in that the first microwave resonance chamber and the second microwave resonance chamber are hollow cylinders.
本考案に係る複合プラズマ源は、作動ガスの気圧は1Torrよりも高く、ガス流量は10slmよりも多いことを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention is characterized in that the atmospheric pressure of the working gas is higher than 1 Torr and the gas flow rate is higher than 10 slm.
本考案に係る複合プラズマ源は、中空金属管の数量及び/又は管径は、作動ガスの流量の増加に応じて増加しており、これにより、プラズマの中空金属管での安定性を確保し、空気伝導を増加することを特徴とする。 In the composite plasma source according to the present invention, the number and / or the diameter of the hollow metal tube increases as the flow rate of the working gas increases, thereby ensuring the stability of the plasma in the hollow metal tube. It is characterized by increasing air conduction.
本考案に係る複合プラズマ源は、プラズマのパワー密度は、中空金属管の数量に対応することを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention is characterized in that the power density of the plasma corresponds to the number of hollow metal tubes.
本考案に係る複合プラズマ源は、フェライト変圧器コアの数量は、二セットであり、且つ誘導コイルは、電力を供給するための駆動電源に並列接続されていることを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention is characterized in that the number of ferrite transformer cores is two sets, and the induction coil is connected in parallel to a drive power source for supplying electric power.
本考案に係る複合プラズマ源は、フェライト変圧器コアで生成する電場は、マイクロ波を反応チャンバーに導入する中央金属棒に垂直であり、これにより、マイクロ波を生成するマイクロ波源を干渉することを回避することを特徴とする。 In the composite plasma source according to the present invention, the electric field generated by the ferrite transformer core is perpendicular to the central metal rod that introduces the microwave into the reaction chamber, thereby interfering with the microwave source that generates the microwave. It is characterized by avoiding it.
本考案に係る複合プラズマ源は、駆動電源は、交流電源、直流電源、又はパルス電源であることを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention is characterized in that the drive power source is an AC power source, a DC power source, or a pulse power source.
本考案に係る複合プラズマ源は、第1のマイクロ波共振チャンバーはガス入口を有し、第2のマイクロ波共振チャンバーはガス出口を有することを特徴とする。 The composite plasma source according to the present invention is characterized in that the first microwave resonance chamber has a gas inlet and the second microwave resonance chamber has a gas outlet.
本考案に係る複合プラズマ源には、次のような効果がある。
(1)マイクロ波プラズマ及びTCPプラズマを結合したメカニズムにより、複合プラズマ源を構成する。
(2)マイクロ波共振チャンバーを利用して、高強度の電場を生成してプラズマを生成した後、TCPのメカニズムにより、エネルギーを有効にカップリングして、ハイパワー及び高密度のプラズマを生成する。
(3)高電圧点火装置の欠点を解決することができると共に、マイクロ波は、初期的なプラズマを励起して保持するため、TCPの弱い電場による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ができる。
(4)反応チャンバーが強い電場を有する特性を利用して、プロセス条件が調整されても、プラズマの密度を一定に維持することができる。気圧が1Torr~5Torrであっても、高強度の電場を有効に励起することができ、プラズマを安定的に生成する要求に合うことができる。
(5)作動ガスの流量の大きさによって、中空金属管のセット数を増加して流量を分散することができる。プラズマの安定性を確保することができると共に、空気伝導を増加することができる。
(6)本考案に係るプラズマがマイクロ波に励起されるため、本考案に係る電気的バリアゾーンを広くすることができ、寿命の増加およびシステムの安定性に有利である。
(7)ガスの流量が多い場合には、ガスの圧力を数Torrの範囲に維持することができる。
(8)各セットの中空金属管のパワーを分散するため、各中空金属管のエネルギー密度が降下して、プラズマが拡散モード(Diffusion Mode)から収縮モード(Contraction Mode)へ変換することを減少することができる。
(9)反応チャンバーにおける高強度の電場を利用して、高気圧および大ガス流量で、プラズマを安定に励起して、十分な自由電子を提供して、フェライト変圧器コアの誘導による電場に駆動されて加速することにより、反応チャンバー内に、クローズ経路の電子ドリフト電流を形成して、ガスを有効に解離させて高密度なプラズマを生成する。
The composite plasma source according to the present invention has the following effects.
(1) A composite plasma source is constructed by a mechanism in which microwave plasma and TCP plasma are combined.
(2) Using the microwave resonance chamber, a high-intensity electric field is generated to generate plasma, and then the energy is effectively coupled by the TCP mechanism to generate high-power and high-density plasma. ..
(3) The shortcomings of the high-voltage ignition device can be solved, and since the microwave excites and holds the initial plasma, the shortcomings due to the weak electric field of TCP can be solved, and the stability of the plasma can be solved. Can be improved.
(4) By utilizing the characteristic that the reaction chamber has a strong electric field, the density of plasma can be kept constant even if the process conditions are adjusted. Even if the atmospheric pressure is 1 Torr to 5 Torr, a high-intensity electric field can be effectively excited, and the requirement for stable plasma generation can be met.
(5) Depending on the magnitude of the flow rate of the working gas, the number of sets of hollow metal pipes can be increased to disperse the flow rate. The stability of the plasma can be ensured and the air conduction can be increased.
(6) Since the plasma according to the present invention is excited by microwaves, the electrical barrier zone according to the present invention can be widened, which is advantageous for an increase in life and stability of the system.
(7) When the flow rate of gas is large, the pressure of gas can be maintained in the range of several Torr.
(8) In order to disperse the power of each set of hollow metal tubes, the energy density of each hollow metal tube is reduced to reduce the conversion of plasma from the diffusion mode to the control mode. be able to.
(9) Using the high-intensity electric field in the reaction chamber, the plasma is stably excited at high pressure and large gas flow rate to provide sufficient free electrons, and the plasma is driven by the induced electric field of the ferrite transformer core. By accelerating, an electron drift current in the closed path is formed in the reaction chamber to effectively dissociate the gas and generate a high-density plasma.
以下、本考案の実施の形態を図面に基づいて説明する。本考案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、本考案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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The proportions of each member in the drawings of embodiments of the present invention are shown for easy understanding of the description and are not actual proportions. Further, the ratio of the dimensions of the assembly shown in the figure is for explaining each part and its structure, and of course, the present invention is not limited to this. On the other hand, for convenience of understanding, the same parts in the following embodiments will be described with the same reference numerals.
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。本考案を説明するために使用されるいくつかの用語は、当業者に本考案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。 In addition, terms used throughout the specification and in the utility model claims are commonly used in this field, as disclosed herein, and as used in any particular context, unless otherwise stated. Has the meaning of. Some terms used to describe the invention are described below or elsewhere herein to provide those skilled in the art with additional guidance regarding the description of the invention.
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、本考案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。 The use of "first", "second", "third", etc. in this article does not specifically indicate the order or sequence, nor is it used to limit the present invention. It is used only to distinguish between the components or operations described in the same terminology.
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。 Second, when terms such as "contain", "prepare", "have", and "contain" are used in this article, they are all open terms. This means that they include, but are not limited to.
本考案に係る複合プラズマ源は、マイクロ波プラズマ(Microwave Plasma)及び変圧器結合プラズマ(Transformer Coupled Plasma,TCP)技術を結合して、複合プラズマ源を構成して、作動ガスの解離および化学活性化を行うことにより、高気圧および大ガス流量で、ハイパワー及び高密度のプラズマを生成する装置とその方法である。
本考案では、まず、マイクロ波により、マイクロ波共振チャンバーで高強度の電場(マイクロ波電場)を生成して、作動ガスでプラズマを生成して、変圧器結合プラズマ技術により、エネルギーを有効にカップリングして、プラズマ放電による電子ドリフト電流を生成し、更に、作動ガスを有効に解離させて、ハイパワー及び高密度のプラズマを生成する。
The composite plasma source according to the present invention combines microwave plasma (Microwave Plasma) and transformer coupled plasma (Transformer Coupled Plasma, TCP) technology to form a composite plasma source for dissociation and chemical activation of working gas. It is a device and a method for generating high power and high density plasma at high pressure and large gas flow rate.
In the present invention, first, a high-intensity electric field (microwave electric field) is generated in a microwave resonance chamber by microwaves, plasma is generated by a working gas, and energy is effectively cupped by transformer-coupled plasma technology. It rings to generate an electron drift current due to plasma discharge, and further dissociates the working gas effectively to generate high power and high density plasma.
図2から図5を参照する。本考案に係る複合プラズマ源100は、反応チャンバー10と、少なくとも一つのフェライト変圧器コア50と、を備える。反応チャンバー10は、第1のマイクロ波共振チャンバー12と、第2のマイクロ波共振チャンバー14と、少なくとも一対の中空金属管16と、を備える。中空金属管16の両端は、それぞれ、第1のマイクロ波共振チャンバー12及び第2のマイクロ波共振チャンバー14と連通する。
反応チャンバー10は、まず、マイクロ波により、作動ガス200でプラズマを生成し、フェライト変圧器コア50が誘導電界400(これはTCP誘導電界)を生成する。これにより、プラズマを励起して、プラズマを放電して電流を生成する。図2に示すように、第1のマイクロ波共振チャンバー12及び第2のマイクロ波共振チャンバー14は、例えば、横方向に沿う中空な円筒である。なお、上記の対になる中空金属管16は、それぞれ、第1のマイクロ波共振チャンバー12及び第2のマイクロ波共振チャンバー14と連通し、互いに距離を置いて設けられている。
上記のフェライト変圧器コア50は、フェライトコア52と、誘導コイル56と、駆動電源58と、を備える。フェライトコア52は少なくとも二つの中空ゾーン54を備える。中空ゾーン54は、それぞれ、反応チャンバー10の対になる中空金属管16を嵌める。フェライトコア52は、例えば「日」字形を呈する。誘導コイル56は、上記の二つの中空ゾーン54を利用して、フェライトコア52に絡み付け、例えば、「日」字形を呈するフェライトコア52の中央にあるクロスバーに絡み付ける。駆動電源58は、例えば、電線を経由して誘導コイル56の両端に電気的に接続されていることにより、反応チャンバー10(例えば中空金属管16内)において、誘導電界400を生成する。
誘導電界400は、プラズマを安定に励起して十分な自由電子を提供して、フェライトコア52の誘導により生成された電場に駆動されて加速される。このため、反応チャンバー10内にクローズ経路の電流(例えば電子ドリフト電流)を形成することができ、更に、ガスを有効に解離させて高密度のプラズマを生成する。上記の電子ドリフト電流は、反応チャンバー10において、第1のマイクロ波共振チャンバー12、中空金属管16及び第2のマイクロ波共振チャンバー14を循環することにより、クローズ経路を形成する。これにより、作動ガス200を更に解離させて、プラズマの密度を増加することができる。本考案に係る作動ガス200の種類は、特に限定されず、何れのガスであっても、プラズマを生成することができれば、本考案に係る作動ガス200とすることができる。反応チャンバー10の寸法および中空金属管16の間隔と管径は、実際の必要によって決めることができ、上記の例に限定されない。
2 to 5 are referenced. The
First, the
The above-mentioned
The induced
本考案に係る複合プラズマ源は、反応チャンバー10の第1のマイクロ波共振チャンバー12と第2のマイクロ波共振チャンバー14とにおける高強度の電場を利用して、高気圧及び大ガス流量(気圧>1Torr、ガス流量>1slm)で、プラズマを安定に励起して、十分な自由電子を提供して、フェライト変圧器コア50の誘導による電場に駆動されて加速されて、反応チャンバー10内に、クローズ経路の電子ドリフト電流を形成し、更に、ガスを有効に解離させて高密度のプラズマを生成する。
変圧器結合という技術は、プラズマにエネルギーを極めて有効に送ることができるが、多くのインダクタンス結合プラズマ装置と同じように、誘導電磁界の強度(10V/cm)は作動ガス200を貫通するのに十分ではない。特に、高気圧及び大ガス流量では、高電圧装置を利用して、反応チャンバー10(真空チャンバー)において、初始的な放電を発生して、プラズマを生成する目的を達成できるが、高電圧放電装置の寿命及び可用性率が制限され、且つ反応チャンバー10自身が破壊されやすい。特に、変圧器結合プラズマ(TCP)は低電界強度のメカニズムに属し、気圧または気流が乱れる(例えば、プロセスが作動ガスの流量を変更するとき)と、プラズマが不安定になりやすく、更に、消火することがある。本考案では、反応チャンバー10の第1のマイクロ波共振チャンバー12及び第2のマイクロ波共振チャンバー14が強いマイクロ波電場300を有する特性を利用し、プロセス条件が調整されるときでも、一定のプラズマ密度を維持することができるため、上記の欠点を克服することができる。
The composite plasma source according to the present invention utilizes a high-intensity electric field in the first
The technique of transformer coupling can send energy to the plasma very effectively, but like many inductance coupled plasma devices, the strength of the inductive electromagnetic field (10V / cm) penetrates the working
一方、高気圧と大流量と高パワー密度では、イオンと電子の衝突、二極拡散(ambipolar diffusion)の制限により、従来技術では環状真空チャンバー内の円筒形プラズマ(cylindrical plasma column)が収縮しやすい。これにより、プラズマが真空チャンバーを充満することができず、更に、プラズマが不安定となって、そして従来技術の環状真空チャンバーが使用する単一の金属管の耐えられるパワー密度および気圧気流が限られる。
これに対し、本考案では、より大きいマイクロ波共振チャンバー及び複数セットの金属管の組合せにより、作動ガスの流量を分散すると共に、電源をグループ化する方法により、各金属管内のパワー密度を減らして、高気圧および大流量の操作の目標を達成することができる。
On the other hand, at high pressure, high flow rate, and high power density, the cylindrical plasma (cylindrical plasma volume) in the annular vacuum chamber tends to shrink in the prior art due to the collision of ions and electrons and the limitation of bipolar diffusion. This prevents the plasma from filling the vacuum chamber, further makes the plasma unstable, and limits the power density and barometric airflow that a single metal tube used by the prior art annular vacuum chamber can withstand. Be done.
On the other hand, in the present invention, the flow rate of the working gas is dispersed by the combination of the larger microwave resonance chamber and a plurality of sets of metal tubes, and the power density in each metal tube is reduced by the method of grouping the power sources. , High pressure and high flow operation targets can be achieved.
詳細には、上記の第1のマイクロ波共振チャンバー12の一側には、作動ガス200を導入するためのガス入口11が設けられている。第2のマイクロ波共振チャンバー14の一側には、作動ガス200を導出するためのガス出口15が設けられている。ガス入口11とガス出口15とは、例えば、それぞれ、第1のマイクロ波共振チャンバー12及び第2のマイクロ波共振チャンバー14の対向側に位置する。第1のマイクロ波共振チャンバー12と第2のマイクロ波共振チャンバー14は、中空な円筒である。中空金属管16は、対になるように設けられていることが好ましい。これにより、作動ガス200は中空金属管16を対称的に流れる。
中空金属管16の数量は、一対でもいいし、例えば二対またはそれ以上でもよい。中空金属管16は、互いに間隔を置くことが好ましい。中空金属管16の両端は、例えば、それぞれ、第1のマイクロ波共振チャンバー12及び第2のマイクロ波共振チャンバー14の対向側と連通する。多くの応用は、大流量の腐食性を有する活性化粒子の生成(例えばNF3、SF6プラズマ)に関連するため、金属製の反応チャンバー10の内部を保護することが必要である。このため、本考案では、アルミ製の反応チャンバー10(第1のマイクロ波共振チャンバー12、第2のマイクロ波共振チャンバー14及び中空金属管16を備え)に対して、陽極処理を選択的に行って保護膜を形成する。
Specifically, a
The number of
本考案は、更に、マイクロ波を生成するための少なくとも一つのマイクロ波源20を備える。マイクロ波源20により、マイクロ波が反応チャンバー10に導入され、共振周波数は2.45GHであり、パワーは例えば800W~1000Wの範囲に入り、共振モードはTE111モードである。これにより、第1のマイクロ波共振チャンバー12及び第2のマイクロ波共振チャンバー14の高強度のマイクロ波電場300を利用して、反応チャンバー10における作動ガス200を励起してプラズマを生成する。上記のマイクロ波源20の数量は一つでもよく、反応チャンバー10の第1のマイクロ波共振チャンバー12又は第2のマイクロ波共振チャンバー14に設けられており、例えば、図2に示すように、側面または上面に位置する。
マイクロ波源20からのマイクロ波の伝導方向は、中空金属管16に垂直であることが好ましい。一方、マイクロ波源20の数量は、例えば二つ又はそれ以上でもよい。そうすると、反応チャンバー10の第1のマイクロ波共振チャンバー12と第2のマイクロ波共振チャンバー14とに設けることができる。本考案では、図5に示すように、四つの中空金属管16及び二つのマイクロ波源20を例にして説明したが、これに限定されない。一方、フェライトコア52の中空ゾーン54の数量は中空金属管16に対応するため、本考案では、2セットのフェライト変圧器コア50を例にし、これは「田」字形を呈する。2セットのフェライト変圧器コア50の二つの誘導コイル56は、それぞれ、この2対の中空ゾーン54を利用して、この二つのフェライトコア52に絡み付けられる。この二つの誘導コイル56は、例えば駆動電源58に電気的に並列接続されており、誘導コイル56に電力を供給する。
The present invention further comprises at least one
The direction of microwave conduction from the
詳細には、図4に示すように、本考案に係るマイクロ波源20は、例えば、同軸なマグネトロンマイクロ波源であり、同軸であるように設けられている、マグネトロン22と、中央金属棒24と、円筒形外管26と、を備える。マグネトロン22は反応チャンバー10に設けられている。中央金属棒24の一端はマグネトロン22の出力アンテナ23と連接し、中央金属棒24の他端は反応チャンバー10に伸び込む。中央金属棒24は円筒形外管26内に位置する。これにより、マグネトロン22からのマイクロ波を、中央金属棒24及び円筒形外管26を経由して反応チャンバー10に導入することができる。
円筒形外管26は、閉じた真空管であることが好ましい。これにより、真空を保持することに加えて、プラズマが中央金属棒24と直接に接触することを防止することができる。円筒形外管26の材料は、例えばセラミックを採用し、アルミナセラミックであることが好ましい。出力アンテナ23と中央金属棒24との直径は、例えば同じでもよい。一方、出力アンテナ23と中央金属棒24との直径が異なり、例えば、そのうちの一方の直径がより大きく、他方が直径がより小さい場合には、本考案に係る出力アンテナ23と中央金属棒24との間に、一端の直径がより大きく、他端の直径がより小さい径勾配ゾーン25を選択的に設けてもよい。これにより、マグネトロン22からのマイクロ波の出力アンテナ23から中央金属棒24に伝導するときの反射量を減少することができる。径勾配ゾーン25は、出力アンテナ23の端部に位置してもいいし、中央金属棒24の端部に位置してもよく、マイクロ波の反射を降下する効果を達成できればよい。
Specifically, as shown in FIG. 4, the
The cylindrical
また、本考案に係るマイクロ波源20は、更に、マイクロ波マッチングエレメント30を選択的に備える。マイクロ波マッチングエレメント30は、マグネトロン22からのマイクロ波の中央金属棒24及び円筒形外管26を経由して反応チャンバー10に導入されるときの反射量を減少するためのものである。マイクロ波マッチングエレメント30により、反応チャンバー10にマイクロ波を有効に送ることができる。
上記のマイクロ波マッチングエレメント30は、例えば、横方向に沿って円筒形外管26に設けられている金属同軸管を備える。前記金属同軸管は、同軸に設けられている、横管32aと、金属板32bと、クロスバー32cと、を有する。横管32aは、横方向に沿って円筒形外管26に設けられている。クロスバー32cは、円筒形外管26から横管32aに伸び込む。金属板32bはクロスバー32cに設けられている。金属板32bは、クロスバー32cに移動可能に設けられている。金属板32bの位置を調整することにより、インピーダンス整合を行うと、マイクロ波の反射量を改善することができ、反応チャンバー10の第1のマイクロ波共振チャンバー12及び第2のマイクロ波共振チャンバー14に、マイクロ波を有効に送ることができる。
第1のマイクロ波共振チャンバー12と第2のマイクロ波共振チャンバー14との品質係数(Quality factor)は2,000を超えるため、高強度の電場を有効に励起することができ、気圧が1Torr~5Torrである条件で、プラズマを安定に生成するという要求を達成することができる。一方、一般的には、自由電子と中性ガス分子の衝突周波数が凡そ数GHz/Torrである。この衝突周波数は、数Torrの圧力範囲でマイクロ波周波数2.45GHzに近似するため、マイクロ波が1Torrより高い圧力範囲でプラズマを励起することに有利である。
Further, the
The
Since the quality factor of the first
図2に示すように、反応チャンバー10の第1のマイクロ波共振チャンバー12及び第2のマイクロ波共振チャンバー14は、中空金属管16により互いに連通する。中空金属管16は、管径が例えば2.5センチであり、数量及び/又は管径が作動ガス200の流量の増加に応じて増加することができる。すなわち、本考案では、作動ガス200の流量によって、中空金属管16のセット数を増加して流量を分散することができる。これにより、中空金属管16におけるプラズマの安定性を確保することができ、更に、空気伝導(gas conductance)を増加することができる。
また、反応チャンバー10のガス出口15の直径が5センチでもよい。この直径は、2.45GHzのマイクロ波のカットオフ直径(Cut-off)よりも小さいため、マイクロ波を伝送することができず、第2のマイクロ波共振チャンバー14の特性に対する影響は極めて小さい。しかし、従来技術の2.5センチに比べると、本考案に係るシステムの空気伝導の増加が多いため、反応チャンバー10の圧力が降下し、マイクロ波共振チャンバーで、大ガス流量のプラズマを励起する性能に有利である。また、複数の中空金属管16により、中空金属管16とマイクロ波共振チャンバーとの内部のパワー密度を増加することができ、すなわち、プラズマのパワー密度は中空金属管16の数量に対応する。これにより、相対的に高い真空圧力及び大ガス流量(> 1Torr、> 10slm)で、プラズマが極めて高い密度を有する状態を実現することができ、ガスを活性化する機能を達成することができる。
As shown in FIG. 2, the first
Further, the diameter of the
また、図3及び図5に示すように、このセットの中空金属管16は、フェライト変圧器コア50のフェライトコア52の一対の中央中空ゾーン54を挿通する。フェライト変圧器コア50が交流の駆動電源58と電気的に接続すると、反応チャンバー10内に誘導電界400が生成されて、プラズマにおいて、電流が励起される。しかし、反応チャンバー10の構造は、電気的に絶縁する必要がある。そうしないと、フェライト変圧器コア50が短絡して、反応チャンバー10で誘導電界400を生成することができない。本考案では、この電気的な絶縁は、中空金属管16と第1のマイクロ波共振チャンバー12及び第2のマイクロ波共振チャンバー14の連接箇所に、セラミックリングを使用することにより達成される。
なお、フェライト変圧器コア50に励起される電場は、反応チャンバー10の金属構成の影響により、セラミックリングで構成される電気的バリアゾーン17に集中する。従来技術では、電気的バリアゾーンが十分に小さくないと、十分に強い電場の生成、及びプラズマを励起して安定に維持することができない。しかし、強い電場により、領域性放電が発生してセラミックリングが破裂して、電気的な絶縁を破壊することがあり、更に、逆放電して駆動電源を損壊し、又は反応チャンバーを保護するメッキ層の離脱が発生する。なお、本考案に係るプラズマは、第1のマイクロ波共振チャンバー12及び第2のマイクロ波共振チャンバー14に励起されるため、電気的バリアゾーンの電場強度が重要なパラメータではなく、本考案に係る電気的バリアゾーンはより広くてもよいため、上記の従来技術の欠点を減少することができ、寿命の延び及びシステムの安定性に有利である。
Further, as shown in FIGS. 3 and 5, the
The electric field excited by the
本考案では、図5に示すように、複数の中空金属管16及びそれに関連する二つ又は複数のフェライトコア52を採用してもよい。これらのフェライトコア52が単独の一次電流源(すなわち、駆動電源58)と並列接続して電力を供給することにより、中空金属管16でのプラズマにおける電子ドリフト電流をサポートする。図5は、複数の中空金属管16でのプラズマにおける電子ドリフト電流が、反応チャンバー10(第1のマイクロ波共振チャンバー12、第2のマイクロ波共振チャンバー14及び中空金属管16)におけるプラズマにおいて、どのように連携して動作するかを示す。一方、フェライト変圧器コア50の誘導による電場と反応チャンバー10に差し込まれた中央金属棒24のなす角度は90度であるため、マイクロ波源20に対して干渉を発生しない。
In the present invention, as shown in FIG. 5, a plurality of
図5は、更に、本考案に係る駆動TCPプラズマの電源回路を示す。この電源回路は、駆動電源58と、フェライト変圧器コア50と、プラズマと、から構成される。本考案では、駆動電源58が交流電源を例にして説明する。採用される交流電源の周波数は、プラズマを駆動可能であり、パワー素子の耐えられる電圧及び耐えられる電流、及びフェライトコア52の損失によって、適当に決められ、凡そ100kHz~500kHzの範囲に入る。交流電源は、一定のパワー又は一定の電流で操作される。出力電圧は、凡そ250V~350Vの範囲に入り、なお、最大パワーは10kWである。
従来技術では、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、低密度プラズマから安定的な高密度プラズマへの変化が極めて大きく、パワー素子に対して挑戦が大きい。これに比べて、本考案では、初期に、マイクロ波共振チャンバーが一定密度のプラズマを励起したため、動的変化を大幅に減少することができ、パワー素子が故障になる確率を降下することができる。また、本考案に係る駆動マイクロ波源20の駆動電源58は、直流でもいいし、パルスでもよく、例えば、スイッチング(switching)回路から、高圧変圧器を経由して、電圧を1kV程度に上昇して、倍電圧回路を経由してマグネトロンを駆動し、その操作パワーは50W~1000Wの範囲に入る。従来のマグネトロンの仕様なら、ほぼ全反射に耐えられるため、プラズマを始めるのに有利である。
FIG. 5 further shows a power supply circuit for the driving TCP plasma according to the present invention. This power supply circuit includes a
In the prior art, the load impedance of the AC power supply changes extremely from a low-density plasma to a stable high-density plasma during the process of exciting the plasma, which poses a great challenge to the power element. In comparison with this, in the present invention, since the microwave resonance chamber excites plasma of a constant density at the initial stage, the dynamic change can be significantly reduced and the probability that the power element fails can be reduced. .. Further, the
本考案に係る複合プラズマ源によれば、次のような効果がある。
(1)マイクロ波プラズマ及びTCPプラズマを結合したメカニズムにより、複合プラズマ源を構成する。
(2)マイクロ波共振チャンバーを利用して、高強度の電場を生成してプラズマを生成した後、TCPのメカニズムにより、エネルギーを有効にカップリングして、ハイパワー及び高密度のプラズマを生成する。
(3)高電圧点火装置の欠点を解決することができると共に、マイクロ波は、初期的なプラズマを励起して保持するため、TCPの弱い電場による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ができる。
(4)反応チャンバーが強い電場を有する特性を利用して、プロセス条件が調整されても、プラズマの密度を一定に維持することができる。気圧が1Torr~5Torrであっても、高強度の電場を有効に励起することができ、プラズマを安定的に生成する要求に合うことができる。
(5)作動ガスの流量の大きさによって、中空金属管のセット数を増加して流量を分散することができる。プラズマの安定性を確保することができると共に、空気伝導を増加することができる。
(6)本考案に係るプラズマがマイクロ波に励起されるため、本考案に係る電気的バリアゾーンを広くすることができ、寿命の増加およびシステムの安定性に有利である。
(7)ガスの流量が多い場合には、ガスの圧力を数Torrの範囲に維持することができる。
(8)各セットの中空金属管のパワーを分散するため、各中空金属管のエネルギー密度が降下して、プラズマが拡散モード(Diffusion Mode)から収縮モード(Contraction Mode)へ変換することを減少することができる。
(9)反応チャンバーにおける高強度の電場を利用して、高気圧および大ガス流量で、プラズマを安定に励起して、十分な自由電子を提供して、フェライト変圧器コアの誘導による電場に駆動されて加速することにより、反応チャンバー内に、クローズ経路の電子ドリフト電流を形成して、ガスを有効に解離させて高密度なプラズマを生成する。
According to the composite plasma source according to the present invention, there are the following effects.
(1) A composite plasma source is constructed by a mechanism in which microwave plasma and TCP plasma are combined.
(2) Using the microwave resonance chamber, a high-intensity electric field is generated to generate plasma, and then the energy is effectively coupled by the TCP mechanism to generate high-power and high-density plasma. ..
(3) The shortcomings of the high-voltage ignition device can be solved, and since the microwave excites and holds the initial plasma, the shortcomings due to the weak electric field of TCP can be solved, and the stability of the plasma can be solved. Can be improved.
(4) By utilizing the characteristic that the reaction chamber has a strong electric field, the density of plasma can be kept constant even if the process conditions are adjusted. Even if the atmospheric pressure is 1 Torr to 5 Torr, a high-intensity electric field can be effectively excited, and the requirement for stable plasma generation can be met.
(5) Depending on the magnitude of the flow rate of the working gas, the number of sets of hollow metal pipes can be increased to disperse the flow rate. The stability of the plasma can be ensured and the air conduction can be increased.
(6) Since the plasma according to the present invention is excited by microwaves, the electrical barrier zone according to the present invention can be widened, which is advantageous for an increase in life and stability of the system.
(7) When the flow rate of gas is large, the pressure of gas can be maintained in the range of several Torr.
(8) In order to disperse the power of each set of hollow metal tubes, the energy density of each hollow metal tube is reduced to reduce the conversion of plasma from the diffusion mode to the control mode. be able to.
(9) Using the high-intensity electric field in the reaction chamber, the plasma is stably excited at high pressure and large gas flow rate to provide sufficient free electrons, and the plasma is driven by the induced electric field of the ferrite transformer core. By accelerating, an electron drift current in the closed path is formed in the reaction chamber to effectively dissociate the gas and generate a high-density plasma.
以上の記述は例を挙げたものにすぎず、考案を限定するものではない。本考案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。 The above description is merely an example and does not limit the device. Any modification or modification of the equivalent effect made to it that does not deviate from the spirit and category of the present invention is included in the appended claims.
10 反応チャンバー
11 ガス入口
12 第1のマイクロ波共振チャンバー
14 第2のマイクロ波共振チャンバー
15 ガス出口
16 中空金属管
17 電気的バリアゾーン
20 マイクロ波源
22 マグネトロン
23 出力アンテナ
24 中央金属棒
25 径勾配ゾーン
26 円筒形外管
30 マイクロ波マッチングエレメント
32a 横管
32b 金属板
32c クロスバー
50 フェライト変圧器コア
52 フェライトコア
54 中空ゾーン
56 誘導コイル
58 駆動電源
100 複合プラズマ源
200 作動ガス
300 マイクロ波電場
400 誘導電界
500 真空チャンバー
502 フェライト変圧器コア
504 セラミックリング
506 ガス入口
508 ガス出口
10
Claims (20)
前記中空金属管にそれぞれ嵌められる二つの中空ゾーンを有するフェライトコアと、前記二つの中空ゾーンにより、前記フェライトコアに絡み付けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに電気的に接続されている駆動電源と、を備える少なくとも一つのフェライト変圧器コアと、を備え、
前記中空金属管の両端は、それぞれ、前記第1のマイクロ波共振チャンバー及び前記第2のマイクロ波共振チャンバーと連通し、
少なくとも一つのマイクロ波は、前記反応チャンバーに導入されることにより、前記反応チャンバーにおける作動ガスを励起してプラズマを生成し、
前記駆動電源は、前記誘導コイルに電気的に接続されており、これにより、前記反応チャンバーの前記中空金属管において、誘導電界を生成し、
前記誘導電界は、前記プラズマを励起することにより、前記反応チャンバーにおいて、クローズ経路を有する電流を形成して、前記作動ガスを更に解離させて前記プラズマの密度を増加することを特徴とする、
複合プラズマ源。 A first microwave resonance chamber, a second microwave resonance chamber, and a reaction chamber with at least a pair of hollow metal tubes.
A ferrite core having two hollow zones fitted in the hollow metal tube, an induction coil entwined with the ferrite core by the two hollow zones, and a drive power supply electrically connected to the induction coil. And with at least one ferrite transformer core,
Both ends of the hollow metal tube communicate with the first microwave resonance chamber and the second microwave resonance chamber, respectively.
The at least one microwave is introduced into the reaction chamber to excite the working gas in the reaction chamber to generate plasma.
The drive power source is electrically connected to the induction coil, thereby generating an inductive electric field in the hollow metal tube of the reaction chamber.
The induced electric field is characterized in that by exciting the plasma, a current having a closed path is formed in the reaction chamber to further dissociate the working gas and increase the density of the plasma.
Combined plasma source.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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