JP4950763B2 - Plasma generator - Google Patents

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Description

本発明は、半導体製造技術、例えば、化学気相成長(CVD)プロセスやエッチングプロセスなどを行う半導体製造装置やフラットディスプレイ製造装置から排出される排ガス中に含まれるPFC(パーフルオロフロロカーボン類)などの温暖化係数の高いガスや毒性のあるガスを分解処理するために用いられるプラズマ生成装置に関するものである。   The present invention relates to semiconductor manufacturing technology such as PFC (perfluorofluorocarbons) contained in exhaust gas discharged from a semiconductor manufacturing apparatus or a flat display manufacturing apparatus that performs a chemical vapor deposition (CVD) process or an etching process. The present invention relates to a plasma generating apparatus used for decomposing a gas having a high warming potential or a toxic gas.

半導体製造装置から排出される排ガスには、Ar、Kr、Xe、He、Nなどの不活性ガスの他に、CF、C、C、C、C、C、C、COF、HF、SiF、NF、SFなど、多種多様なフッ化物ガスが含まれている。
これらのフッ化物ガスは、原料として半導体製造装置に供給されて、消費されずに系外に排出される成分や、半導体製造装置内での反応によって副生成される成分があり、1台の装置から数L/minの割合で排出される場合もある。
これらのフッ化物ガスが未処理のまま大気中に放出されると、大気汚染などの公害、毒性などの人体被害を引き起こしたり、オゾン層破壊や地球温暖化の原因となったりするため、排出規制が強化されており、高効率な分解処理が望まれている。
In addition to inert gases such as Ar, Kr, Xe, He, and N 2 , CF 4 , C 2 F 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , and C 4 are included in the exhaust gas discharged from the semiconductor manufacturing apparatus. A wide variety of fluoride gases such as F 6 , C 4 F 8 , C 5 F 8 , COF 2 , HF, SiF 4 , NF 3 and SF 6 are included.
These fluoride gases are supplied as raw materials to a semiconductor manufacturing apparatus, and there are components that are discharged out of the system without being consumed, and components that are by-produced by a reaction in the semiconductor manufacturing apparatus. May be discharged at a rate of several L / min.
If these fluoride gases are released into the atmosphere without being treated, they may cause pollution, pollution, and other human damage, as well as ozone destruction and global warming. Therefore, a highly efficient decomposition process is desired.

このような排ガス中からフッ化物ガス成分を除去する目的で広く使用されている処理方法として、燃焼処理方法、熱分解処理方法、乾式吸着除去方法、超臨界水分解処理方法およびプラズマ分解処理方法が挙げられる。
燃焼処理方法はNOxやSOxが排ガス中に含まれることが課題であり、熱分解処理方法は1000℃以上の高温にしなければCFを分解できないことが課題であり、乾式吸着方法は吸着飽和後の剤の処理方法が課題である。
また、前記3つの方法はいずれも除去効率を95%以上にできないことから、今後の高効率処理に適用することが困難である。また、超臨界水処理方法は装置が大掛かりになることが課題である。
As treatment methods widely used for the purpose of removing the fluoride gas component from such exhaust gas, there are a combustion treatment method, a thermal decomposition treatment method, a dry adsorption removal method, a supercritical water decomposition treatment method and a plasma decomposition treatment method. Can be mentioned.
The combustion treatment method has the problem that NOx and SOx are contained in the exhaust gas, and the thermal decomposition treatment method has the problem that CF 4 cannot be decomposed unless the temperature is raised to 1000 ° C. or higher. The problem is how to treat these agents.
In addition, since none of the three methods can achieve a removal efficiency of 95% or more, it is difficult to apply to future high-efficiency processing. Further, the supercritical water treatment method has a problem that the apparatus becomes large.

これらの欠点に対して、特に95%以上の高効率除去が可能と言う観点からプラズマ分解除去方法が盛んに研究されている。プラズマ分解除去方法は、大きく分けて大気圧プラズマ方法と減圧プラズマ方法に分類される。
大気圧プラズマ方法は、粒子間衝突が激しくなるため、ガス温度が高くプラズマ中における分子の分解が生じやすいが、同時に分解後の不安定なフッ素成分やカーボン成分がプラズマ生成装置出口で再結合する確率が高く再結合PFC、主にCFを形成しやすくなる。従って、大気圧プラズマ方法は、除去効率を99%以上にすることが困難である。
In view of these drawbacks, plasma decomposition and removal methods have been actively studied, particularly from the viewpoint that high-efficiency removal of 95% or more is possible. Plasma decomposition and removal methods are roughly classified into an atmospheric pressure plasma method and a reduced pressure plasma method.
In the atmospheric pressure plasma method, collisions between particles become intense, so the gas temperature is high and molecules in the plasma tend to decompose, but at the same time, unstable fluorine and carbon components after decomposition recombine at the plasma generator outlet. Probability is high and recombination PFC, mainly CF 4, is easily formed. Therefore, it is difficult for the atmospheric pressure plasma method to make the removal efficiency 99% or more.

一方、減圧プラズマでは、プラズマ生成装置で生成したラジカルが失活しにくいため、再結合PFCを生成する前に反応剤などで反応除去することが可能である。
例えば、本出願人は特許文献1において、減圧雰囲気でPFCをプラズマ分解し、減圧雰囲気のまま酸化カルシウム剤と反応させるPFC除去装置を開発し、CFを除去効率99.99%で除去できることを示した。
On the other hand, in the low-pressure plasma, radicals generated by the plasma generator are not easily deactivated, and thus can be removed by a reaction agent or the like before the recombination PFC is generated.
For example, the present applicant has developed a PFC removal apparatus in which a PFC is plasma-decomposed in a reduced pressure atmosphere and reacted with a calcium oxide agent in a reduced pressure atmosphere in Patent Document 1, and CF 4 can be removed with a removal efficiency of 99.99%. Indicated.

半導体製造装置からの排ガスを処理する減圧プラズマ方法として、排ガスを導入する絶縁材料からなる円筒状反応容器の外周に螺旋コイルを巻き付け、このコイルに高周波電力を印加することで円筒状反応容器内に高周波誘導結合プラズマを発生する方法が開発されている。
高周波誘導結合プラズマは、高速に反転を繰り返す電磁界によって、イオンあるいは電子が往復移動し、移動中の粒子間衝突によってプラズマが維持されるため、コイルを放電領域外に設置することが可能である。
As a low-pressure plasma method for treating exhaust gas from a semiconductor manufacturing apparatus, a spiral coil is wound around the outer periphery of a cylindrical reaction vessel made of an insulating material into which exhaust gas is introduced, and high-frequency power is applied to this coil so that it enters the cylindrical reaction vessel. A method for generating a high frequency inductively coupled plasma has been developed.
In high frequency inductively coupled plasma, ions or electrons are reciprocated by an electromagnetic field that repeats reversal at high speed, and the plasma is maintained by collision between moving particles. Therefore, the coil can be installed outside the discharge region. .

また、コイルが放電領域外に設置されるため、プラズマによって励起状態になった高活性なラジカルおよびイオンによるコイルの腐食や消耗を受けないという利点もある。
更に、内部に冷却水を流通させられる中空パイプで螺旋コイルを形成したり、主たるコイルの隙間に細いコイルを巻き付けたりすることで、電力損失およびプラズマ着火電力の低減や、コイルおよびチャンバの耐久性向上を図ることが可能であると提言されている(例えば、特許文献2、3参照)。
In addition, since the coil is installed outside the discharge region, there is an advantage that the coil is not corroded or consumed by highly active radicals and ions excited by plasma.
Furthermore, by forming a spiral coil with a hollow pipe through which cooling water can flow, or by winding a thin coil around the gap between the main coils, power loss and plasma ignition power can be reduced, and the durability of the coil and chamber can be reduced. It is proposed that improvement can be achieved (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

ところで、高周波誘導結合プラズマでは、種類や濃度、流量、圧力などのガス変動およびプラズマ着火前後によってプラズマを生成するプラズマ生成装置の負荷インピーダンスが大幅に変動するという課題があり、半導体製造装置からの排ガスを処理する場合は負荷インピーダンスの大幅な変動に対応しなければいけない。   By the way, in the high frequency inductively coupled plasma, there is a problem that the load impedance of the plasma generating device that generates plasma greatly varies depending on the gas variation such as the type, concentration, flow rate, and pressure and before and after the plasma ignition. Must handle large variations in load impedance.

通常、高周波電力を印加する電源の出力インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させるために、電源と電極との間に整合回路が設けられ、整合回路の構成要素である可変キャパシタンスまたは可変インダクタンスをサーボモーターなどの調整機構を介して調整する。また、整合回路として、周波数制御回路を用いる整合方法も提案されている(例えば、特許文献4参照)。
特開2006−326553号公報 特開平11−76740号公報 特開2002−210330号公報 特開2004−8893号公報
Usually, in order to match the output impedance of a power source that applies high-frequency power to the load impedance, a matching circuit is provided between the power source and the electrode, and a variable capacitance or variable inductance that is a component of the matching circuit is connected to a servo motor or the like. Adjust through the adjustment mechanism. A matching method using a frequency control circuit as a matching circuit has also been proposed (see, for example, Patent Document 4).
JP 2006-326553 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-76740 JP 2002-210330 A JP 2004-8893 A

以上のように、半導体製造装置から排出される排ガス中に含まれるPFCなどの有害ガス成分を99%以上の高効率で除去する手段として、絶縁材料からなる円筒状容器の外周に螺旋コイルを巻き付け、減圧雰囲気にした円筒状反応容器内に高周波誘導結合プラズマを生成してPFCを分解除去する手法は有効である。
しかしながら、多種多様に変化する排ガスを処理するためには、高周波電源とコイルとの間に整合回路が設け、電源の出力インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させる必要があるため、放電処理可能なガス条件が整合回路に依存するという課題がある。
As described above, a spiral coil is wound around the outer periphery of a cylindrical container made of an insulating material as means for removing harmful gas components such as PFC contained in exhaust gas discharged from a semiconductor manufacturing apparatus with high efficiency of 99% or more. It is effective to generate a high-frequency inductively coupled plasma in a cylindrical reaction vessel in a reduced pressure atmosphere to decompose and remove PFC.
However, in order to treat exhaust gas that varies widely, it is necessary to provide a matching circuit between the high-frequency power source and the coil and match the output impedance of the power source to the load impedance. There is a problem of depending on the matching circuit.

さらに詳しく説明すると、整合可能なインピーダンス範囲は可変キャパシタンスまたは可変インダクタンスの容量に依存し、整合分解能はサーボモーターのステップ分解能に依存し、整合応答時間はモーターの動作速度に依存する。
つまり、広範囲で整合するためには調整範囲の大きな可変キャパシタンスまたは可変インダクタンスを設ける必要があるが、サーボモーターの性能が同じ場合には整合分解能が低下し、プラズマ放電の安定性が低下する。
More specifically, the impedance range that can be matched depends on the variable capacitance or the capacitance of the variable inductance, the matching resolution depends on the step resolution of the servo motor, and the matching response time depends on the operating speed of the motor.
That is, in order to perform matching over a wide range, it is necessary to provide a variable capacitance or variable inductance having a large adjustment range. However, if the performance of the servo motor is the same, the matching resolution is lowered and the stability of plasma discharge is lowered.

一方、整合分解能を改善するにはサーボモーターのステップ分解能を上げる必要があるが、結果的に整合応答時間が長くなってしまい、排ガスの処理効率が低下するという課題が発生する。周波数制御回路を用いた整合方法が提案されているが、整合速度を早くすることを目的とするものであり、整合範囲を広げることによる整合分解能低下を防止するものではない。   On the other hand, in order to improve the alignment resolution, it is necessary to increase the step resolution of the servo motor. As a result, the alignment response time becomes long, and there arises a problem that the exhaust gas processing efficiency is lowered. Although a matching method using a frequency control circuit has been proposed, it is intended to increase the matching speed, and does not prevent a reduction in matching resolution due to an expanded matching range.

また前述の通り、減圧雰囲気でPFCをプラズマ分解して減圧雰囲気のまま酸化カルシウム剤と反応させるPFC除去装置で、CFを除去効率99.99%で除去できることを示したが、プラズマチャンバ出口で再結合PFCが生成する前に反応剤と反応させることが重要となる。このため、プラズマ内で生成する活性種の寿命を長くする、または、プラズマ生成装置と酸化カルシウム剤の距離を近くすることが要求される。一方、前述のPFC除去装置を実用化するにあたっては、装置の設置場所などに起因して、プラズマ生成装置と酸化カルシウム剤を近距離に配置することが困難となる場合がある。 In addition, as described above, it was shown that CF 4 can be removed with a removal efficiency of 99.99% in a PFC removal apparatus that causes PFC to be plasma decomposed in a reduced pressure atmosphere and reacts with the calcium oxide agent in the reduced pressure atmosphere. It is important to react with the reactants before the recombined PFC is formed. For this reason, it is required to extend the lifetime of the active species generated in the plasma, or to make the distance between the plasma generating apparatus and the calcium oxide agent close. On the other hand, when putting the above-described PFC removal apparatus into practical use, it may be difficult to dispose the plasma generation apparatus and the calcium oxide agent at a short distance due to the installation location of the apparatus.

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、より広いガス条件でプラズマ放電できるプラズマ生成装置を提供すると共に、PFCなどの有害成分の除去効率を向上させるプラズマ生成装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems of the background art, and provides a plasma generation apparatus capable of performing plasma discharge under wider gas conditions and a plasma generation apparatus that improves the removal efficiency of harmful components such as PFC. The purpose is to do.

かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、ガス導入口とガス導出口を有する筒状反応容器に螺旋コイルを巻回し、この螺旋コイルの2箇所に形成した電極に高周波電源からの高周波電力を印加して筒状反応容器内でプラズマを発生させ、ガス導入口から導入したガス中の有害成分を分解するプラズマ生成装置であって、
前記高周波が1〜100MHzの範囲であり、
螺旋コイルの全巻数が、螺旋コイルの2箇所の電極間の巻数よりも多く、かつ、前記螺旋コイルの一部が、ガス導出口側の電極の外側に位置しており、
ガス導入口側の電極の外側に存在するコイルの巻数をLとし、2つの電極間のコイルの巻数をMとしたとき、L/Mが0.3以上であることを特徴とするプラズマ生成装置である。
To solve this problem,
According to the first aspect of the present invention, a spiral coil is wound around a cylindrical reaction vessel having a gas inlet and a gas outlet, and a high frequency power from a high frequency power source is applied to electrodes formed at two locations of the spiral coil. A plasma generating device that generates plasma in a gas reaction vessel and decomposes harmful components in the gas introduced from the gas inlet,
The high frequency ranges from 1 to 100 MHz;
The total number of turns of the helical coil is greater than the number of turns between the two electrodes of the helical coil, and a part of the helical coil is located outside the electrode on the gas outlet side;
L / M is 0.3 or more, where L is the number of turns of the coil existing outside the electrode on the gas inlet side, and M is the number of turns of the coil between the two electrodes. It is.

請求項2にかかる発明は、ガス導出口側の電極の外側に存在するコイルの巻数をNとし、2つの電極間のコイルの巻数をMとしたとき、N/Mが0.5以上であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ生成装置である。 In the invention according to claim 2, when the number of turns of the coil existing outside the electrode on the gas outlet side is N and the number of turns of the coil between the two electrodes is M, N / M is 0.5 or more. The plasma generating apparatus according to claim 1 .

請求項3にかかる発明は、前記N/Mが1.1以下であることを特徴とする請求項2に記載のプラズマ生成装置である。 The invention according to claim 3 is the plasma generating apparatus according to claim 2 , wherein the N / M is 1.1 or less .

請求項4にかかる発明は、前記L/Mが3.2以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のプラズマ生成装置である。
また、請求項5にかかる発明は、前記螺旋コイルが、角柱状の中空パイプからなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のプラズマ生成装置である。
また、請求項6にかかる発明は、前記筒状反応器と前記螺旋コイルの間隙に、絶縁性かつ耐熱性の充填物が充填されることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のプラズマ生成装置である。
The invention according to claim 4 is the plasma generating apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the L / M is 3.2 or less .
The invention according to claim 5 is the plasma generating apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the spiral coil is a prismatic hollow pipe.
The invention according to claim 6 is characterized in that an insulating and heat-resistant filling is filled in a gap between the cylindrical reactor and the helical coil. The plasma generation apparatus according to item 1.

本発明にあっては、螺旋コイルに形成した給電用の2箇所の電極よりも外側に螺旋コイルの一部が存在することになる。そして、ガス導入口側の電極の外側にコイルの一部が存在するものでは整合回路の負担を小さくすることが可能であり、この結果、同一の整合回路を用いる場合の整合可能なガス条件を広げることが可能である。
また、ガス導出口側の電極の外側にコイルの一部が存在するものでは、PFC分解効率を向上させることが可能である。
In the present invention, a part of the spiral coil exists outside the two power supply electrodes formed on the spiral coil. And if there is a part of the coil outside the electrode on the gas inlet side, it is possible to reduce the burden on the matching circuit. As a result, the matching gas conditions when using the same matching circuit can be reduced. It is possible to spread.
In addition, when a part of the coil exists outside the electrode on the gas outlet side, the PFC decomposition efficiency can be improved.

図1は、この発明のプラズマ生成装置の一例を示すものである。
この例のプラズマ生成装置は、アルミナや石英などの絶縁材料からなる円筒状反応容器1と、この円筒状反応容器1の外周面に巻回された導電性物質からなる螺旋コイル2と、前記螺旋コイル2に高周波電力を供給する高周波電源3と、この高周波電源3の出力インピーダンスを前記螺旋コイル2の負荷インピーダンスに整合させるための整合器4とから主に構成されている。なお、反応容器の形状は円筒状以外に角筒状でも良い。
FIG. 1 shows an example of a plasma generating apparatus according to the present invention.
The plasma generating apparatus of this example includes a cylindrical reaction vessel 1 made of an insulating material such as alumina or quartz, a spiral coil 2 made of a conductive material wound around the outer peripheral surface of the cylindrical reaction vessel 1, and the spiral A high-frequency power source 3 for supplying high-frequency power to the coil 2 and a matching unit 4 for matching the output impedance of the high-frequency power source 3 with the load impedance of the spiral coil 2 are mainly configured. The shape of the reaction vessel may be a rectangular tube other than a cylindrical shape.

前記円筒状反応容器1の両端部は、半導体製造装置などからの排ガスを導入するガス導入口1aと、この円筒状反応容器1内を減圧雰囲気にするとともにプラズマ処理後のガスを排出する排気ポンプに接続されるガス導出口1bとなっている。
また、螺旋コイル2には、その2箇所にそれぞれ電極が形成されており、前記ガス導入口1a側の電極は、前記整合器4を経て高周波電力を印加するための給電電極5とされ、前記ガス導出口側の電極は、印加した高周波電力を流出させるためのグランド電極6とされている。
Both ends of the cylindrical reaction vessel 1 are provided with a gas inlet 1a for introducing exhaust gas from a semiconductor manufacturing apparatus and the like, and an exhaust pump for discharging the gas after plasma processing while making the inside of the cylindrical reaction vessel 1 have a reduced pressure atmosphere. It is a gas outlet 1b connected to the.
The spiral coil 2 has electrodes formed at two locations thereof, and the electrode on the gas inlet 1a side serves as a feeding electrode 5 for applying high-frequency power through the matching unit 4, The electrode on the gas outlet side is a ground electrode 6 for allowing the applied high frequency power to flow out.

このプラズマ生成装置にあっては、放電領域(反応容器内部空間)外に設置される螺旋コイル2に高周波電力を供給することで高速に電磁界を反転させてプラズマを生成するものである。したって、電磁界の反転速度すなわち周波数によって、電子およびイオンの移動距離や電離のしやすさが決まるため、高周波電源3の高周波電力の周波数は重要である。   In this plasma generation apparatus, plasma is generated by reversing the electromagnetic field at high speed by supplying high frequency power to the spiral coil 2 installed outside the discharge region (reaction vessel internal space). Therefore, the frequency of the high-frequency power of the high-frequency power source 3 is important because the moving distance of electrons and ions and the ease of ionization are determined by the reversal speed, that is, the frequency of the electromagnetic field.

例えば0.1〜2450MHzの周波数領域で高周波電源が市販されているが、0.1MHzオーダーでは電離効果が低く、1000MHzオーダーでは表皮効果の理由から導体での電力供給が困難なため、1〜100MHzの周波数を選定するのが良い。特に現状では、市販品の多い周波数が2MHz、13.56MHz、60MHzの高周波電源を選定するのが価格面でも物流面でも有利であるが、プラズマ生成面からはこれらに限定されることはない。   For example, a high frequency power supply is commercially available in a frequency range of 0.1 to 2450 MHz, but the ionization effect is low in the order of 0.1 MHz, and it is difficult to supply power with a conductor due to the skin effect in the order of 1000 MHz. It is better to select the frequency. In particular, at present, it is advantageous in terms of price and physical distribution to select a high-frequency power source having a frequency of 2 MHz, 13.56 MHz, and 60 MHz with many commercial products, but it is not limited to these from the viewpoint of plasma generation.

前記整合器4は、高周波電源3と負荷となる螺旋コイル1とのインピーダンスを整合させるための整合回路を有するもので、組成や濃度、流量、圧力などのガス変動およびプラズマ着火前後によって大幅に変動する負荷インピーダンスに対応できるようになっている。   The matching unit 4 has a matching circuit for matching impedances of the high-frequency power source 3 and the helical coil 1 serving as a load. The matching unit 4 varies greatly depending on gas variations such as composition, concentration, flow rate, pressure, etc., and before and after plasma ignition. It corresponds to the load impedance.

前記整合回路は、コンデンサとインダクタンスの組合せで構成され、構成要素である可変キャパシタンスまたは可変インダクタンスを、サーボモータなどの調整機構を介して調整する。構成要素の並べ方に応じて、π型整合回路やL型整合回路と呼ばれるが、いずれかに限定するものではなく、合成することも可能である。また、サーボモーターを省くために電子部品のみで構成し、周波数を調整する回路を使用することもできる。   The matching circuit is composed of a combination of a capacitor and an inductance, and adjusts a variable capacitance or a variable inductance, which is a component, via an adjustment mechanism such as a servo motor. Although it is called a π-type matching circuit or an L-type matching circuit depending on how the components are arranged, the present invention is not limited to any of them and can be combined. In addition, in order to omit the servo motor, it is possible to use a circuit that is composed only of electronic components and adjusts the frequency.

図2は、前記整合器4の一例を示すものである。この例の整合器4は、2個の可変コンデンサ4a、4bから構成される整合回路を有するもので、高周波電源3と給電電極5との間に第1の可変コンデンサ4aが接続され、この第1の可変コンデンサ4aの一端とアースとの間に第2の可変コンデンサ4bが接続されたもので、それぞれの可変コンデンサ4a、4bは、図示しないサーボモータなどのアクチュエータによりその容量が可変できるようになっている。   FIG. 2 shows an example of the matching unit 4. The matching unit 4 of this example has a matching circuit composed of two variable capacitors 4a and 4b. A first variable capacitor 4a is connected between the high-frequency power source 3 and the feeding electrode 5, and this first A second variable capacitor 4b is connected between one end of one variable capacitor 4a and ground, and the capacity of each variable capacitor 4a, 4b can be varied by an actuator such as a servo motor (not shown). It has become.

螺旋コイル1および両電極5、6の素材としては、導電性の高いものが良く、銅やアルミニウムなどを使用できるが、これに限ることはない。
高周波電源3の出力高周波の周波数が高くなるほど表皮効果が大きくなるため、電流が螺旋コイル1の表層のみを伝達するようになり、実質上の抵抗が大きくなるとともに電力損失が大きくなり、また、螺旋コイル1自体が発熱によって劣化しやすくなる場合がある。
The material of the spiral coil 1 and the electrodes 5 and 6 is preferably a highly conductive material such as copper or aluminum, but is not limited thereto.
Since the skin effect increases as the frequency of the output high frequency of the high frequency power supply 3 increases, the current is transmitted only through the surface layer of the spiral coil 1, the substantial resistance increases and the power loss increases. The coil 1 itself may be easily deteriorated by heat generation.

この対策として、この例では、螺旋コイル2を中空パイプにより構成して、その内部に冷却水を通過させるようになっている。また、螺旋コイル2および両電極5、6の表面に銀メッキを施すこともその劣化を防止する点で有効である。螺旋コイル2を構成する中空パイプとしては、円柱状のものも、角柱状のものも使用することができる。   As a countermeasure, in this example, the spiral coil 2 is constituted by a hollow pipe, and cooling water is allowed to pass therethrough. It is also effective to apply silver plating to the surfaces of the spiral coil 2 and the electrodes 5 and 6 in order to prevent the deterioration. As the hollow pipe constituting the spiral coil 2, a cylindrical one or a prismatic one can be used.

また、円筒状反応容器1と螺旋コイル2との隙間に充填物を充填することもできる。充填物を充填することにより、中空パイプからなる螺旋コイル2の内部に通過する冷却水の冷却効果が円筒状反応容器1に効率よく反映されて冷却され、プラズマ放電による円筒状反応容器1の温度上昇および熱ひずみを低減でき、円筒状反応容器1の耐久性向上に有効である。
充填物としては、シリコーン樹脂などが挙げられるが、絶縁性が高く耐熱性がある物質であればこれ以外の材料でも良い。
Further, the gap between the cylindrical reaction vessel 1 and the helical coil 2 can be filled with a filler. By filling the packing, the cooling effect of the cooling water passing through the inside of the spiral coil 2 made of a hollow pipe is efficiently reflected in the cylindrical reaction vessel 1 and cooled, and the temperature of the cylindrical reaction vessel 1 due to plasma discharge is cooled. The rise and thermal strain can be reduced, which is effective for improving the durability of the cylindrical reaction vessel 1.
Examples of the filling material include silicone resins, but other materials may be used as long as they are highly insulating and heat resistant.

螺旋コイル1のうち、両電極5、6間に位置するコイル(以下、主要部と言う。)の巻数は、コイル半径および両電極5、6間の長さとともに、主要部のインダクタンスを決定する因子であり、使用する高周波電力の周波数と、主要部のインピーダンス設計から算出決定する。
従来技術では、この計算によって決定した巻数を有する螺旋コイルを巻回し、この螺旋コイルの両端部にそれぞれ電極を設けて高周波電力を印加するようにしているが、主要部の外側に別のコイルを配することが好ましいことを知見した。
Of the helical coil 1, the number of turns of a coil (hereinafter referred to as “main part”) positioned between both electrodes 5 and 6 determines the inductance of the main part together with the coil radius and the length between both electrodes 5 and 6. This factor is calculated and determined from the frequency of the high-frequency power used and the impedance design of the main part.
In the prior art, a spiral coil having the number of turns determined by this calculation is wound, and electrodes are provided at both ends of the spiral coil to apply high-frequency power, but another coil is provided outside the main part. It has been found that it is preferable to arrange them.

図3は、螺旋コイル2の一例を拡大して示すものである。この例の螺旋コイル2は、円筒状反応容器1の軸方向に沿って3つの部分から構成されており、給電電極5とグランド電極6との間の部分は、前述の通り、主要部Mとされ、給電電極5よりもガス導入口1a側にある部分を導入口側部Lとされ、グランド電極6よりもガス導出口1b側の部分は、導出口側部Nとされている。   FIG. 3 shows an example of the spiral coil 2 in an enlarged manner. The helical coil 2 in this example is composed of three parts along the axial direction of the cylindrical reaction vessel 1, and the part between the feeding electrode 5 and the ground electrode 6 is the main part M and the part as described above. The portion on the gas introduction port 1a side with respect to the power supply electrode 5 is defined as the introduction port side portion L, and the portion on the gas outlet port 1b side with respect to the ground electrode 6 is defined as the discharge port side portion N.

そして、主要部Mの巻回数Mは、前記計算方法によって決定される巻回数となっている。また、導入口側部Lおよび導出口側部Nのそれぞれの巻回数L、Nは、L≧0かつN≧0(但し、LまたはNのいずれか一方が0である場合には、他方は0ではない)とされ、これら2つの部分L、Nは、いずれか一方が存在することが必要となる。
さらに、導入口側部Lの巻回数Lは、主要部Mの巻回数Mの0.5倍以上とされ、導出口側部Nの巻回数Nは、主要部Mの巻回数Mの0.3倍以上とされることが好ましい。巻回数M、Nの上限値は、プラズマ生成装置の主要部である円筒状反応容器1の長さによって決められるが、通常いずれもMの15倍以下とされる。
The number of turns M of the main part M is the number of turns determined by the calculation method. Further, the winding numbers L and N of the inlet side L and the outlet side N are L ≧ 0 and N ≧ 0 (however, when either L or N is 0, the other is It is necessary that either one of these two portions L and N is present.
Furthermore, the winding number L of the introduction port side L is 0.5 times or more of the winding number M of the main part M, and the winding number N of the outlet port side part N is 0. 0 of the winding number M of the main part M. It is preferable to be 3 times or more. The upper limit values of the number of windings M and N are determined by the length of the cylindrical reaction vessel 1 which is the main part of the plasma generation apparatus, but in general, both are set to 15 times or less of M.

前記導入口側部Lが存在すると、給電電圧よりも大きな電圧をガス導入口1a側のコイル端に印加する効果が得られる。このため、主要部Mに到達する前のガスを予備励起する効果が得られる。導入口側部Lの巻数Lと主要部Mの巻数Mとの比がL/M>0で効果が得られることが確認されているが、より大きいほど効果が大きい。しかし、プラズマ生成装置の大きさからその上限が定められる。   When the introduction port side portion L exists, an effect of applying a voltage higher than the power supply voltage to the coil end on the gas introduction port 1a side is obtained. For this reason, the effect of pre-exciting the gas before reaching the main part M is obtained. It has been confirmed that the effect is obtained when the ratio of the number of turns L of the inlet side L and the number of turns M of the main part M is L / M> 0. However, the upper limit is determined from the size of the plasma generating apparatus.

一方、前記導出側部Nが存在すると、主要部Mで生成されたプラズマが通過する時に、プラズマとグランドの間で容量結合の要素が誘起され、弱励起状態を形成する効果が得られる。導出口側部Nの巻回数Nと主要部Mの巻回数Mとの比N/M>0で効果が得られることが確認されているが、より大きいほど効果が大きい。しかし、プラズマ生成装置の大きさからその上限が定められる。   On the other hand, when the lead-out side portion N exists, when the plasma generated in the main portion M passes, a capacitive coupling element is induced between the plasma and the ground, and an effect of forming a weakly excited state is obtained. Although it has been confirmed that the effect is obtained at a ratio N / M> 0 of the number of turns N of the outlet port side N and the number of turns M of the main part M, the larger the effect, the greater the effect. However, the upper limit is determined from the size of the plasma generating apparatus.

本発明のプラズマ生成装置では、高周波誘導結合プラズマが生成されるが、高周波誘導結合プラズマを生成するうえで、反応容器内のガス圧力は粒子間の衝突頻度を決める重要因子である。
圧力1Pa以下の低い希薄ガス雰囲気では、電離電子と粒子の衝突確率が低すぎるため、安定なプラズマの生成が困難である。一方、圧力が高すぎると、電子の助走距離すなわち衝突エネルギーや電離のしやすさが低下する。
In the plasma generation apparatus of the present invention, high frequency inductively coupled plasma is generated. In generating high frequency inductively coupled plasma, the gas pressure in the reaction vessel is an important factor that determines the collision frequency between particles.
In a low rare gas atmosphere at a pressure of 1 Pa or less, the probability of collision between ionized electrons and particles is too low, and it is difficult to generate stable plasma. On the other hand, if the pressure is too high, the run-up distance of electrons, that is, the collision energy and the ease of ionization are reduced.

放電開始電圧も、直流放電のパッシェンの法則に類似して、圧力と電極間距離に依存しており、圧力と電極間距離の積が大きくなると放電開始電圧が高くなる、すなわち高出力電源が必要となる。
以上の理由から、円筒状反応容器1の内部圧力は、0.1〜50Torr、より好ましくは1〜10Torrに設定する。また、排気ポンプに求められる排気能力は、排気ガス流量および容器内設定圧力から算出するが、数十%過剰な排気能力のポンプとコンダクタンス調整バルブを設けて、流量変動時の圧力変動を緩和することが有効である。
Similar to Paschen's law for DC discharge, the discharge start voltage also depends on the pressure and the distance between the electrodes, and the discharge start voltage increases as the product of the pressure and the distance between the electrodes increases, that is, a high output power source is required. It becomes.
For the above reasons, the internal pressure of the cylindrical reaction vessel 1 is set to 0.1 to 50 Torr, more preferably 1 to 10 Torr. The exhaust capacity required for the exhaust pump is calculated from the exhaust gas flow rate and the set pressure in the container. A pump with an exhaust capacity excessive by several tens of percent and a conductance adjustment valve are provided to mitigate pressure fluctuations during flow rate fluctuations. It is effective.

以下、具体例を示す。
(例1・・・ガス導入口側部Lを設けた例)
円筒状反応容器として内径42mmのアルミナ製円筒状容器を用い、前記円筒状容器の側面外周に巻き付ける螺旋コイルとして1/4インチ銅製中空パイプを使用した。銅製中空パイプの内部には15℃の水を1.5L/minで流した。
Specific examples are shown below.
(Example 1 ... Example in which gas inlet side L is provided)
A cylindrical cylindrical vessel made of alumina having an inner diameter of 42 mm was used as the cylindrical reaction vessel, and a 1/4 inch copper hollow pipe was used as a spiral coil wound around the outer periphery of the side surface of the cylindrical vessel. Inside the copper hollow pipe, 15 ° C. water was flowed at 1.5 L / min.

螺旋コイルには給電電極とグランド電極を設け、グランド電極は接地し、給電電極は図2に示すL型整合回路を介して2MHz高周波電源に接続して、0.5kWの高周波電力を供給した。螺旋コイルの巻数は、主要部Mの巻回数を10巻共通とし、ガス導入口側部Lの巻数を実施例Aでは10巻、実施例Bでは3巻、比較例Cでは0巻とした。ガス導出口側部Nは存在しない。   The spiral coil was provided with a power supply electrode and a ground electrode, the ground electrode was grounded, and the power supply electrode was connected to a 2 MHz high frequency power source via the L-type matching circuit shown in FIG. 2 to supply a high frequency power of 0.5 kW. The number of turns of the spiral coil was 10 for the main part M, and the number of turns for the gas inlet side L was 10 for Example A, 3 for Example B, and 0 for Comparative Example C. There is no gas outlet side N.

円筒状反応容器1の両端をSUS製のフランジに接続し、ガス導入口側から1000cc/minのArを導入するとともに、ガス導出口側から真空排気ポンプで排気した。なお、ガス導出口のSUS製フランジと真空排気ポンプの間に設けたコンダクタンス調整バルブを動作させて、円筒状反応容器内の圧力を1Torr一定に調整した。   Both ends of the cylindrical reaction vessel 1 were connected to SUS flanges, 1000 cc / min Ar was introduced from the gas inlet side, and exhausted by a vacuum exhaust pump from the gas outlet side. The conductance adjustment valve provided between the SUS flange of the gas outlet and the vacuum exhaust pump was operated to adjust the pressure in the cylindrical reaction vessel to a constant 1 Torr.

放電においては、図2に示すL型整合回路の2つの可変コンデンサの容量を、それぞれ独立で制御することで、電源インピーダンスと負荷インピーダンスを整合した。前記2つの可変コンデンサの容量の組合せは、負荷からの反射電力、すなわち負荷への供給電力を決定するものであり、高周波電源からの供給電力の利用効率を決定するものである。
つまり、供給電力利用効率を高くするために、2つの可変コンデンサ容量が調整されることを意味するが、安定した放電状態を得るためには、供給電力利用効率を高くできるコンデンサ容量の組合せが多い方がより好ましい。
In discharging, the power source impedance and the load impedance were matched by independently controlling the capacities of the two variable capacitors of the L-type matching circuit shown in FIG. The combination of the capacities of the two variable capacitors determines the reflected power from the load, that is, the power supplied to the load, and determines the utilization efficiency of the power supplied from the high frequency power source.
In other words, this means that the two variable capacitor capacities are adjusted in order to increase the power supply utilization efficiency, but in order to obtain a stable discharge state, there are many combinations of capacitor capacities that can increase the power supply utilization efficiency. Is more preferable.

図4は、供給電力0.5kWに対する利用効率90%以上にできる可変コンデンサ容量の組合せ領域を示すものであり、図3に示した3つのコイルに関して図示している。なお、コイル巻数以外の全ての条件を共通として、比較した。
主要部の巻数を10巻、ガス導入口側部の巻数を10巻とした実施例Aの螺旋コイルを用いると、供給電力0.5kWに対する利用効率を90%以上にできる領域が、第1の可変コンデンサの容量が45から100%である範囲であり、かつ第2の可変コンデンサの容量が0から80%である範囲に存在している。
これは、本整合回路の調整可能領域の1/3程度で、良好な結果が得られることを意味する。
FIG. 4 shows a combination region of variable capacitor capacities that can achieve a utilization efficiency of 90% or more with respect to a supplied power of 0.5 kW, and illustrates the three coils shown in FIG. In addition, all the conditions other than the number of coil turns were compared and compared.
Using the spiral coil of Example A in which the number of turns of the main part is 10 and the number of turns of the gas inlet side is 10 is a region where the utilization efficiency with respect to the supplied power of 0.5 kW can be 90% or more is The capacity of the variable capacitor is in the range of 45 to 100%, and the capacity of the second variable capacitor is in the range of 0 to 80%.
This means that good results can be obtained in about one third of the adjustable region of the matching circuit.

また、主要部Mの巻数Mを10巻、ガス導入口側部Lの巻数Lを3巻とした実施例Bの螺旋コイルを用いると、供給電力0.5kWに対する利用効率を90%以上にできる領域が、第1の可変コンデンサの容量が50から90%である範囲であり、かつ第2の可変コンデンサの容量が0から60%である範囲に存在している。
これは、本整合回路の調整可能領域の1/7程度で、良好な結果が得られることを意味する。
Further, when the spiral coil of Example B in which the number of turns M of the main part M is 10 and the number of turns L of the gas inlet side part L is 3 is used, the utilization efficiency with respect to the supplied power of 0.5 kW can be 90% or more. The region exists in a range where the capacity of the first variable capacitor is 50 to 90% and the capacity of the second variable capacitor is 0 to 60%.
This means that good results can be obtained in about 1/7 of the adjustable region of the matching circuit.

一方、主要部Mの巻回数Mを10巻とし、ガス導入口側部Lの巻数Lを0巻とした比較例Cの螺旋コイルを用いると、供給電力0.5kWに対する利用効率を90%以上にできる領域が、第1の可変コンデンサの容量が45から55%であり、かつ第2の可変コンデンサの容量が0から20%である範囲にのみ存在している。
これは、本整合回路の調整可能領域の1/50以下しか、良好な結果を得られないことを意味する。この結果は、ガス条件の変動による負荷インピーダンスの変動に対して、可変コンデンサの容量の調整を瞬時に細かく行わなければ、プラズマが失活することを意味しており、整合回路の負担が大きいことを意味する。
On the other hand, when the spiral coil of Comparative Example C in which the number of turns M of the main part M is 10 and the number of turns L of the gas inlet side L is 0 is used, the utilization efficiency with respect to the supplied power of 0.5 kW is 90% or more. The region where the first variable capacitor has a capacity of 45 to 55% and the second variable capacitor has a capacity of 0 to 20% exists.
This means that only 1/50 or less of the adjustable region of the matching circuit can provide good results. This result means that if the capacitance of the variable capacitor is not finely adjusted instantaneously in response to fluctuations in load impedance due to fluctuations in gas conditions, the plasma will be deactivated, and the burden on the matching circuit is large. Means.

つまり、前述の通り、ガス導入口側部Lが存在するコイルを用いることで、整合回路の負担を軽減できると言える。同時に、整合回路の負担軽減効果を十分に得るには、主要部Mの巻数に対する、ガス導入口側部Lの巻数の比率が、0.3以上必要であると言える。   That is, as described above, it can be said that the burden on the matching circuit can be reduced by using the coil in which the gas inlet side L is present. At the same time, it can be said that the ratio of the number of turns of the gas inlet side portion L to the number of turns of the main portion M is 0.3 or more in order to sufficiently obtain the effect of reducing the burden on the matching circuit.

また、前記ガス導入部Lの巻数を増やす場合、プラズマ生成装置の大型化というデメリットが発生する。装置全長が2mを超えると、半導体製造工場の設備エリアへの搬入が困難になることから、前後の配管を考慮したプラズマ部分の長さは、1.5m以内が必須である。
実施例1の場合、主要部Mの長さが100mmに相当することから、前記ガス導入口側部Lの巻数の比率L/Mは15以上にはできない。整合回路の調整可能領域は、実施例A、Bおよび比較例Cの結果を元に前記巻数の比率L/Mに比例して拡大すると仮定しても比率3.2で飽和することになる。導入口側部Lによる効果は、徐々に低下することが予想されることから、前記巻数の比率L/Mは3.2以下で十分な効果が得られると判断できる。
Further, when the number of turns of the gas introduction part L is increased, there is a demerit that the plasma generating apparatus is enlarged. If the total length of the apparatus exceeds 2 m, it becomes difficult to carry it into the equipment area of the semiconductor manufacturing factory. Therefore, the length of the plasma part considering the front and rear piping must be within 1.5 m.
In the case of Example 1, since the length of the main part M corresponds to 100 mm, the ratio L / M of the number of turns of the gas inlet side L cannot be 15 or more. Even if it is assumed that the adjustable region of the matching circuit expands in proportion to the winding ratio L / M based on the results of Examples A and B and Comparative Example C, the matching circuit is saturated at a ratio of 3.2. Since the effect of the inlet side L is expected to gradually decrease, it can be determined that a sufficient effect can be obtained when the ratio L / M of the number of turns is 3.2 or less.

(例2・・・ガス導出口側部Nを設けた例)
円筒状反応容器として内径42mmのアルミナ製円筒状容器を用い、前記円筒状反応容器の側面外周に巻き付ける螺旋コイルとして1/4インチ銅製中空パイプを使用した。銅製中空パイプの内部には15℃の水を1.5L/minで流した。
(Example 2 ... Example of providing gas outlet port side N)
A cylindrical cylindrical vessel made of alumina having an inner diameter of 42 mm was used as the cylindrical reaction vessel, and a 1/4 inch copper hollow pipe was used as a spiral coil wound around the outer periphery of the side surface of the cylindrical reaction vessel. Inside the copper hollow pipe, 15 ° C. water was flowed at 1.5 L / min.

螺旋コイルには給電電極とグランド電極を設け、グランド電極は接地し、給電電極にはL型整合回路を介して2MHz高周波電源に接続して、1.0kWの高周波電力を供給した。
螺旋コイルの巻数は、両電極間(主要部)の巻数を10巻共通とし、ガス導出口側部の巻数を実施例Dでは11巻、実施例Eでは7巻、比較例Fでは4巻、比較例Gでは0巻とした。
The spiral coil was provided with a power feeding electrode and a ground electrode, the ground electrode was grounded, and the power feeding electrode was connected to a 2 MHz high frequency power source via an L-type matching circuit to supply 1.0 kW high frequency power.
As for the number of turns of the spiral coil, the number of turns between the two electrodes (main part) is 10 in common, and the number of turns on the gas outlet side is 11 in Example D, 7 in Example E, 4 in Comparative Example F, In Comparative Example G, the volume was 0.

円筒状反応容器の両端をSUS製のフランジに接続し、ガス導入口側から460cc/minのAr、30cc/minのO、10cc/minのCFを導入するとともに、ガス導出口側から真空排気ポンプで排気した。なお、ガス導出口のSUS製フランジと真空排気ポンプの間に設けたコンダクタンス調整バルブを動作させて、アルミナ製円筒状容器内の圧力を3Torr一定に調整した。なお、プラズマ生成装置のCFガス分解効率の評価は、真空排気ポンプの下流側に設置したフーリエ変換赤外分光計(FT−IR)でCF濃度を連続計測することで行った。 Both ends of the cylindrical reaction vessel are connected to a SUS flange, and 460 cc / min Ar, 30 cc / min O 2 and 10 cc / min CF 4 are introduced from the gas inlet side, and vacuum is supplied from the gas outlet side. It exhausted with the exhaust pump. The conductance adjustment valve provided between the SUS flange of the gas outlet and the vacuum exhaust pump was operated to adjust the pressure in the alumina cylindrical container to a constant 3 Torr. Note that the CF 4 gas decomposition efficiency of the plasma generator was evaluated by continuously measuring the CF 4 concentration with a Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR) installed downstream of the vacuum pump.

図5は、前記条件にてCFガスを分解させた時の分解効率に対するガス導出口側部Nのコイル巻数の影響を示したものである。なお、コイル巻数以外の全ての条件を共通とした。
主要部Mの巻数を10巻、ガス導出口側部Nの巻数を11巻とした実施例Dのコイルを用いると、供給電力1.0kWで10cc/minのCFを99.9%の高効率で分解することができる。また、主要部Mの巻数を10巻、ガス導出口側部Nの巻数を7巻とした実施例Eのコイルを用いると、供給電力1.0kWで10cc/minのCFを99.8%の高効率で分解することができる。
FIG. 5 shows the influence of the number of coil turns at the gas outlet side N on the decomposition efficiency when CF 4 gas is decomposed under the above conditions. All conditions except the number of coil turns were made common.
Using the coil of Example D in which the number of turns of the main part M is 10 and the number of turns of the gas outlet side N is 11 turns, CF 4 of 10 cc / min is 99.9% higher at a power supply of 1.0 kW. It can be decomposed with efficiency. Further, when the coil of Example E in which the number of turns of the main part M is 10 and the number of turns of the gas outlet port side N is 7 is used, the supply power of 1.0 kW and 10 cc / min of CF 4 is 99.8%. Can be decomposed with high efficiency.

一方、主要部Mの巻数を10巻、ガス導出口側部Nの巻数を4巻とした比較例Fの螺旋コイル、または主要部Mの巻数を10巻、ガス導出口側部Nの巻数を0巻とした比較例Gの螺旋コイルを用いると、供給電力1.0kWで10cc/minのCFを分解した時の分解効率が99.0%未満となる。 On the other hand, the spiral coil of Comparative Example F in which the number of turns of the main part M is 10 and the number of turns of the gas outlet side N is 4 or the number of turns of the main part M is 10 and the number of turns of the gas outlet side N is When the spiral coil of Comparative Example G having zero turns is used, the decomposition efficiency when 10 cc / min of CF 4 is decomposed with a supply power of 1.0 kW is less than 99.0%.

また、図5より、ガス導出口側部Nを設けることで分解効率が改善されることがわかる。更に、主要部Mの巻数に対するガス導出口側部Nの巻数の比率N/Mが、0.5以上であると、分解効率を99.0%以上になることがわかる。現在市場で使用されている大気圧プラズマ除害装置が98から99%程度であることから、分解効率を99.0%以上とする前記巻数比N/Mが0.5以上が必要と言える。   Moreover, it turns out that decomposition | disassembly efficiency is improved by providing the gas outlet opening side part N from FIG. Furthermore, it can be seen that when the ratio N / M of the number of turns of the gas outlet port side N to the number of turns of the main part M is 0.5 or more, the decomposition efficiency is 99.0% or more. Since the atmospheric pressure plasma abatement apparatus currently used in the market is about 98 to 99%, it can be said that the turn ratio N / M for achieving a decomposition efficiency of 99.0% or more needs to be 0.5 or more.

一方、前記ガス導出口側部Nの比率を増やす場合、プラズマ生成装置の大型化というデメリットが発生する。装置全長が2mを超えると、半導体製造工場の設備エリアへの搬入が困難になることから、前後の配管を考慮したプラズマ部分の長さは、1.5m以内が必須である。
主要部の長さが100mmに相当することから、前記巻数の比率N/Mは15以上にはできない。なお、図5の結果より、前記巻数の比率N/Mの拡大効果は、徐々に低下しており、前記巻数の比率N/Mが1.1以下で十分な効果が得られると判断できる。
On the other hand, when the ratio of the gas outlet side N is increased, there is a demerit that the plasma generator is enlarged. If the total length of the apparatus exceeds 2 m, it becomes difficult to carry it into the equipment area of the semiconductor manufacturing factory. Therefore, the length of the plasma part considering the front and rear piping must be within 1.5 m.
Since the length of the main part corresponds to 100 mm, the winding ratio N / M cannot be 15 or more. From the results of FIG. 5, it can be determined that the effect of expanding the winding ratio N / M is gradually reduced, and that a sufficient effect can be obtained when the winding ratio N / M is 1.1 or less.

本発明のプラズマ生成装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the plasma production apparatus of this invention. 本発明のプラズマ生成装置に用いられる整合器の構成を示す図面である。It is drawing which shows the structure of the matching device used for the plasma production apparatus of this invention. 本発明のプラズマ生成装置の要部の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the example of the principal part of the plasma production apparatus of this invention. 実施例1の結果を示すグラフである。3 is a graph showing the results of Example 1. 実施例2の結果を示すグラフである。10 is a graph showing the results of Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1・・円筒状反応容器、1a・・ガス導入口、1b・・ガス導出口、2・・螺旋コイル、3・・高周波電源、4・・整合器、5・・給電電極、6・・グランド電極、M・・主要部、L・・ガス導入口側部、N・・ガス導出口側部 1 .... Cylindrical reaction vessel, 1a ... Gas inlet, 1b ... Gas outlet, 2 .... Spiral coil, 3. High frequency power supply, 4 .... Matching device, 5 .... Feed electrode, 6 .... Ground Electrode, M ... Main part, L ... Gas inlet side, N ... Gas outlet side

Claims (6)

ガス導入口とガス導出口を有する筒状反応容器に螺旋コイルを巻回し、この螺旋コイルの2箇所に形成した電極に高周波電源からの高周波電力を印加して筒状反応容器内でプラズマを発生させ、ガス導入口から導入したガス中の有害成分を分解するプラズマ生成装置であって、
前記高周波が1〜100MHzの範囲であり、
螺旋コイルの全巻数が、螺旋コイルの2箇所の電極間の巻数よりも多く、かつ、前記螺旋コイルの一部が、ガス導出口側の電極の外側に位置しており、
ガス導入口側の電極の外側に存在するコイルの巻数をLとし、2つの電極間のコイルの巻数をMとしたとき、L/Mが0.3以上であることを特徴とするプラズマ生成装置。
A spiral coil is wound around a cylindrical reaction vessel having a gas inlet and a gas outlet, and plasma is generated in the cylindrical reaction vessel by applying high-frequency power from a high-frequency power source to electrodes formed at two locations of the helical coil. A plasma generating device that decomposes harmful components in the gas introduced from the gas inlet,
The high frequency ranges from 1 to 100 MHz;
The total number of turns of the helical coil is greater than the number of turns between the two electrodes of the helical coil, and a part of the helical coil is located outside the electrode on the gas outlet side;
L / M is 0.3 or more, where L is the number of turns of the coil existing outside the electrode on the gas inlet side, and M is the number of turns of the coil between the two electrodes. .
ガス導出口側の電極の外側に存在するコイルの巻数をNとし、2つの電極間のコイルの巻数をMとしたとき、N/Mが0.5以上であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ生成装置。 The number of turns of the coil lying outside of the gas outlet side of the electrode is N, when the number of turns of the coil between the two electrodes was set to M, claim 1, N / M is equal to or not less than 0.5 the plasma generating apparatus according to. 前記N/Mが1.1以下であることを特徴とする請求項2に記載のプラズマ生成装置。The plasma generation apparatus according to claim 2, wherein the N / M is 1.1 or less. 前記L/Mが3.2以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のプラズマ生成装置。The said L / M is 3.2 or less, The plasma generation apparatus of any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. 前記螺旋コイルが、角柱状の中空パイプからなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のプラズマ生成装置。The plasma generating apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the helical coil is a prismatic hollow pipe. 前記筒状反応器と前記螺旋コイルの間隙に、絶縁性かつ耐熱性の充填物が充填されることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のプラズマ生成装置。The plasma generating apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a gap between the cylindrical reactor and the spiral coil is filled with an insulative and heat-resistant filler.
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