KR102476261B1 - 자기-공진 디바이스로 플라즈마 점화를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

자기-공진 디바이스로 플라즈마 점화를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 챔버 내의 프로세스 플라즈마를 점화하기 위한 방법들 및 장치가 제공된다. 하나 또는 그 초과의 자기-공진 디바이스들은 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 생성 체적부에 관련하여 플라즈마 챔버 내에 포지셔닝된다. 플라즈마 생성 체적부는 플라즈마 챔버에 의해 규정된다. 자기-공진 디바이스들 각각은 점화 플라즈마를 생성한다. 점화 플라즈마들은 점화 가스의 부분 이온화를 유발한다. 부분적으로 이온화된 점화 가스는 플라즈마 생성 체적부에 전기장을 인가함으로써 프로세스 플라즈마의 점화를 허용한다.

Description

자기-공진 디바이스로 플라즈마 점화를 위한 장치 및 방법
[0001] 본 발명은 일반적으로 이온들, 자유 라디칼(radical)들, 원자들, 및 분자들을 포함하는 활성화된 가스를 생성하기 위하여 플라즈마를 점화시키고 유지시키는 분야에 관한 것이다. 특히, 자기-공진(self-resonating) 디바이스들은 프로세스 플라즈마 점화 가스를 부분적으로 이온화시키고 그리고 전기장의 존재시에 플라즈마 점화 가스가 점화하게 하기 위하여 플라즈마 생성 체적부에 관련하여 포지셔닝된다.
[0002] 플라즈마 방전들은 가스들을 여기시켜 이온들, 자유 라디칼들, 원자들 및 분자들을 포함하는 활성화된 가스들을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 활성화된 가스들은 프로세싱 고체 재료들, 이를테면 반도체 웨이퍼들, 분말들, 및 다른 가스들을 포함하는 다수의 산업적 및 과학적 애플리케이션들에 사용된다. 플라즈마의 파라미터들 및 프로세싱되는 재료에 대한 플라즈마의 노출 조건들은 애플리케이션에 따라 폭넓게 가변한다.
[0003] 플라즈마는 DC 방전, 라디오 주파수(RF) 방전, 및 마이크로파 방전을 포함하여 다양한 방식들로 생성될 수 있다. DC 방전들은 2개의 전극들 간의 전위를 가스에 인가함으로써 달성된다. RF 방전들은 전력 공급부로부터의 에너지를 플라즈마로 정전기적으로 또는 유도적으로 커플링함으로써 달성된다. 팽행 판들은 통상적으로 에너지를 플라즈마로 정전기적으로 커플링시키기 위하여 사용된다. 유도 코일들은 통상적으로 전류를 플라즈마로 유도하기 위하여 사용된다. 마이크로파 방전들은 마이크로파 에너지를 마이크로파-통과 윈도우를 통하여 가스를 포함하는 방전 챔버로 직접 커플링함으로써 달성된다. 마이크로파 방전들은 유리한데, 그 이유는 이들이 고도로 이온화된 ECR(electron cyclotron resonant) 플라즈마들을 비롯해서, 광범위한 방전 조건들을 지원하기 위하여 사용될 수 있기 때문이다.
[0004] 용량적-커플링된 RF 방전들 및 DC 방전들은 본질적으로 고에너지 이온들을 생성하고 그러므로 프로세싱되는 재료가 플라즈마와 직접 접촉하는 애플리케이션들에서 플라즈마들을 생성하기 위하여 종종 사용된다. 마이크로파 방전들은 밀집한, 저이온 에너지 플라즈마들을 생성한다. 마이크로파 방전들은 또한, 저에너지로 이온들을 생성하고 그 다음으로 인가된 전위로 프로세스 표면에 이온들을 가속시키는데 바람직한 애플리케이션들에 유용하다.
[0005] RF 유도적 커플링된 플라즈마들은 반도체 웨이퍼 프로세싱 같은 애플리케이션들을 위한 대면적 플라즈마들을 생성하는데 특히 유용하다. 그러나, 일부 RF 유도적 커플링된 플라즈마들은 순수하게 유도성이 아닌데, 그 이유는 구동 전류들이 플라즈마에 단지 약하게만 커플링되기 때문이다. 결과적으로, RF 유도적 커플링된 플라즈마들은 종종 비효율적이고 구동 코일들 상에 고전압들의 사용을 요구한다. 고전압들은 반응로 표면들의 고에너지 이온 충격을 유발하는 높은 정전기장들을 생성한다. 이온 충격은 반응로를 열화시키고 프로세스 챔버 및 프로세싱되는 재료를 오염시킬 수 있다. 이온 충격은 또한 프로세싱되는 재료에 대한 손상을 유발할 수 있다.
[0006] 마이크로파 및 유도적 커플링된 플라즈마 소스들은 값비싸고 복잡한 전력 전달 시스템들을 요구할 수 있다. 이들 플라즈마 소스들은 정밀 RF 또는 마이크로파 전력 생성기들 및 플라즈마 소스에 상기 생성기의 임피던스를 매칭시키기 위한 복잡한 매칭 네트워크들을 요구할 수 있다. 게다가, 정밀 기기는 보통 플라즈마에 도달하는 실제 전력을 확인하고 제어하기 위하여 요구된다.
[0007] 플라즈마를 점화시키는 것은 또한 플라즈마 가스의 이온화를 유발하기에 충분히 큰 전력을 제공할 수 있는 전력 전달 시스템들을 요구할 수 있다. 현재 시스템들에서, 플라즈마를 점화시키는 것은 예컨대 파센(Paschen) 곡선들에 의해 유도되는, 플라즈마가 형성되는 상태로 가스가 여기하게 하기에 충분한 고전기장(예컨대, 브레이크다운 필드(breakdown field))을 공급하는 것을 요구할 수 있다. 마이크로파 플라즈마들, 용량적 커플링된 플라즈마들, 유도적 커플링된 플라즈마들, 및/또는 글로우(glow) 방전 플라즈마들의 경우, 통상적으로 고전기장(예컨대, 0.1 내지 10 kV/cm)이 가스의 초기 브레이크다운을 유발하도록 인가된다.
[0008] 플라즈마를 점화시키기 위해 고전압의 인가는 몇몇 어려움들, 예컨대 점화 윈도우 (예컨대, 성공적인 점화를 위한 압력, 가스 유동, 및/또는 가스 종들에 대한 표준 동작 범위들) 외부에서의 아킹(arcing) 및/또는 유전체들의 전기 브레이크다운(예컨대, 펀치 스루(punch through))을 유발할 수 있다. 부가적인 바람직하지 않은 아킹 및 유전체들의 전기 브레이크다운은 플라즈마 챔버 및/또는 시스템 부분들에 대한 손상을 유발할 수 있다. 손상된 부분들은 빈번한 교체를 요구할 수 있고 비용이 많이 들 수 있다. 점화시키기 위하여 고전압을 인가하는 것의 다른 어려움은, 통상적으로 상이한 타입들/형상들의 플라즈마 소스들에 맞춤 점화 설계가 필요하다는 것이다.
[0009] 플라즈마를 점화시키기 위하여 고전압을 인가하기 위한 현재 기법들은 플라즈마 챔버에 커플링되는 고전압 스파크 플러그 또는 고전압 전극들의 사용을 포함한다. 다른 현재 기법은 고전압을 직접 플라즈마 챔버 자체의 일부에 인가하는 것이다(예컨대, 블록 점화). 위에서 설명된 어려움들에 더하여, 이들 점화 기법들 각각은 어려움들을 가진다.
[0010] 스파크 플러그들은 통상적으로 예컨대 스파크 플러그에 사용되는 릴레이들로 인해 제한된 수명을 가져서, 빈번한 교체를 요구한다. 고전압 전극들은 통상적으로 프로세싱 동안 플라즈마에 대한 노출을 견뎌야 한다. 이것은 전극들에 대한 제한된 수명 및/또는 전극에 대한 제한된 재료 옵션들을 유발할 수 있다. 블록 점화는 플라즈마 아킹을 위한 전위를 생성하고 블록 재료들/코팅들에 대한 선택들을 제한시킬 수 있다.
[0011] 그러므로, 아킹 없이, 펀치 스루 없이, 또는 고전압들, 이온 충격, 라디칼들 및/또는 바람직하지 않은 아킹/열에 부품들 및/또는 플라즈마 챔버 자체를 노출시킴이 없이 플라즈마를 점화시키는 것이 바람직하다.
[0012] 본 발명의 장점들은 아킹의 최소화를 포함하는데, 그 이유는 고전압들이 플라즈마 점화를 유발하기 위하여 필요하지 않기 때문이다. 본 발명의 다른 장점들은 고전압들, 아크들 및/또는 펀치 스루에 대한 노출의 실질적인 제거로 인해 부품들을 교체하는 빈도의 감소를 포함한다.
[0013] 다른 장점들은 비싼 부품들 및/또는 맞춤 점화 설계들의 필요의 최소화로 인한 비용의 감소를 포함한다. 다른 장점들은 더 넓은 범위의 챔버 재료들/코팅들에 대한 허용을 포함하는데, 그 이유는 재료가 더 이상 고전압들, 아킹, 및/또는 펀치 스루를 견elf 필요가 없기 때문이다.
[0014] 다른 장점들은 높은 점화 전압에 대한 요건의 제거로 인해 이전에 접근불가능한 압력 및/또는 유동 레짐(regime)들에서 동작하는 다른 플라즈마 소스들에 대한 스타터(starter) 플라즈마로서 플라즈마 소스를 사용하는 것을 포함한다. 다른 장점들은 프로세스 가스로 점화시키고 통상적으로 현재 필요한 불활성 가스 혼합물로부터의 스위칭을 회피하기 위한 능력으로 인해 초기 브레이크다운에 대한 임피던스 조건들 및 프로세싱 조건들이 매우 상이한 프로세싱 챔버들에서 고속 펄스 플라즈마 프로세싱을 수행할 능력을 포함한다.
[0015] 다른 장점들은 점화에 필요한 전기장의 감소로 인해, 유도적 커플링된 플라즈마에 대한 튜닝 범위 요건의 감소를 포함한다. 다른 장점들은 자기-공진 디바이스의 사용으로 인한 단순화된 전자장치, 및/또는 달리 요구되는 점화 스위칭 방식의 제거를 포함한다.
[0016] 일 양상에서, 본 발명은 프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법을 포함한다. 방법은 점화 가스를 플라즈마 챔버로 유동시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한 플라즈마 챔버 내에 적어도 하나의 점화 플라즈마를 형성하기 위하여 적어도 하나의 자기-공진 디바이스를 사용하는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 점화 플라즈마는 점화 가스의 적어도 부분적 이온화를 유발한다. 방법은 또한 플라즈마 챔버에 전력을 유도적으로 커플링함으로써 플라즈마 챔버 내의 프로세스 플라즈마를 점화시키는 단계를 포함한다.
[0017] 일부 실시예들에서, 자기-공진 디바이스는 라디오 주파수 또는 마이크로파 주파수로 공진된다. 일부 실시예들에서, 방법은 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 생성 체적부에 인접하게 적어도 하나의 자기-공진 디바이스를 포지셔닝시키는 단계를 포함하고, 플라즈마 생성 체적부는, 프로세스 플라즈마가 형성되는 지역이다.
[0018] 일부 실시예들에서, 방법은 플라즈마 챔버의 입구에 적어도 하나의 자기-공진 디바이스 중 제 1 자기-공진 디바이스를 포지셔닝시키고 플라즈마 챔버의 출구에 제 2 자기-공진 디바이스를 포지셔닝시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 플라즈마 채널을 따라 등거리에 적어도 하나의 자기-공진 디바이스 중 제 1 자기-공진 디바이스 및 제 2 자기-공진 디바이스를 포지셔닝시키는 단계를 포함한다.
[0019] 일부 실시예들에서, 방법은 100 메가헤르쯔 내지 10 기가헤르쯔의 주파수에서 적어도 하나의 자기-공진 디바이스를 동작시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 300 메가헤르쯔 내지 3 기가헤르쯔의 주파수에서 적어도 하나의 자기-공진 디바이스를 동작시키는 단계를 포함한다.
[0020] 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 동축 공진기, 링(ring) 공진기, 분할-링 공진기, 반-파 공진기, 환형 단일 분할 링 공진기, 환형 분할 링 공진기, 스트립라인(stripline) 분할 링 공진기, 2개의 방전 갭들을 가지는 반-파 공진기, 분할 링 공진기 로딩 반파 공진기, 분할 링 공진기 로딩 트랜스미션(transmission), 또는 이들의 임의의 조합이다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 마이크로스트립(microstrip) 공진기, 스트립라인 공진기, 또는 이들의 임의의 조합이다. 일부 실시예들에서, 프로세스 플라즈마는 미터당 대략 1 내지 10 kilowatt의 평균 필드로 점화된다.
[0021] 일부 실시예들에서, 점화 플라즈마는 100 Vrms 미만의 전압으로 유지된다. 일부 실시예들에서, 점화 플라즈마의 피크 전압은 300 Vrms 미만이다. 일부 실시예들에서, 방법은 50 watt 미만의 전력을 적어도 하나의 자기-공진 디바이스에 공급하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버 내의 압력은 50 Torr 미만이다.
[0022] 일 양상에서, 본 발명은 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스를 포함한다. 플라즈마 소스는 플라즈마 점화 가스를 플라즈마 챔버로 유동시키는 플라즈마 점화 가스 소스를 포함한다. 플라즈마 소스는 또한 플라즈마 챔버 내에 적어도 하나의 점화 플라즈마를 생성하는 적어도 하나의 자기-공진 디바이스를 포함하고, 적어도 하나의 점화 플라즈마는 플라즈마 점화 가스의 적어도 부분적 이온화를 유발한다. 플라즈마 소스는 또한 플라즈마 챔버 내의 프로세스 플라즈마를 점화시키기 위하여 플라즈마 챔버와 직접 전기 통신하는 전력 소스를 포함한다.
[0023] 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스는 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 생성 체적부에 인접하게 적어도 하나의 자기-공진 디바이스를 포지셔닝시키는 것을 포함하고, 플라즈마 생성 체적부는, 프로세스 플라즈마가 형성되는 지역이다.
[0024] 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 자기-공진 디바이스 중 제 1 자기-공진 디바이스 및 제 2 자기-공진 디바이스는 플라즈마 생성 체적부를 따라 등거리에 포지셔닝된다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 자기-공진 디바이스 중 제 1 자기-공진 디바이스는 플라즈마 챔버의 입구에 포지셔닝되고 제 2 자기-공진 디바이스는 플라즈마 챔버의 출구에 포지셔닝된다.
[0025] 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 마이크로파 주파수 또는 라디오 주파수에서 동작한다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 100 메가헤르쯔 내지 10 기가헤르쯔의 주파수에서 동작한다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 300 메가헤르쯔 내지 3 기가헤르쯔의 주파수에서 동작한다.
[0026] 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 동축 공진기, 링 공진기, 또는 이들의 임의의 조합이다. 일부 실시예들에서, 프로세스 플라즈마는 미터당 10 킬로볼트의 평균 필드로 점화된다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 점화 플라즈마들은 100 Vrms 미만의 전압으로 유지된다.
[0027] 일부 실시예들에서, 점화 플라즈마의 피크 전압은 300 Vrms 미만이다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 자기-공진 디바이스에는 10 watt 미만의 전력이 공급된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버 내의 압력은 50 Torr 미만이다.
[0028] 추가 장점들과 함께, 위에서 설명된 본 발명의 장점들은 첨부 도면들과 함께 취해진 다음 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있다. 도면들은 반드시 실척이지 않고, 대신 본 발명의 원리들을 예시할 때 강조가 일반적으로 주어진다.
[0029] 도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 활성화된 가스들을 생성하기 위한 플라즈마 소스의 개략 표현이다.
[0030] 도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 플라즈마 챔버의 개략 표현이다.
[0031] 도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 플라즈마를 점화하기 위한 방법의 흐름도이다.
[0032] 도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 점화 전력 대 압력의 그래프이다.
[0033] 도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른, 자기-공진 디바이스들의 수 대 점화 성능의 그래프이다.
[0034] 일반적으로, 하나 또는 그 초과의 자기-공진 디바이스들은 플라즈마 챔버에 의해 규정된 플라즈마 생성 체적부에 관련하여 포지셔닝된다. 점화 동안, 각각의 자기-공진 디바이스는 플라즈마 생성 체적부로 유동하는 가스(예컨대, 점화 가스)를 적어도 부분적으로 이온화하는 자체 플라즈마(예컨대, 점화 플라즈마)를 생성한다. 에너지가 플라즈마 생성 체적부로 커플링되어 플라즈마(예컨대, 프로세스 플라즈마)가 점화된다.
[0035] 점화 가스의 부분 이온화는 부분 이온화 없는(예컨대, 하나 또는 그 초과의 자기-공진 디바이스들 없는) 프로세스 플라즈마의 점화를 유발하도록 요구되는 것보다 작은 에너지로 프로세스 플라즈마의 점화가 발생하게 한다.
[0036] 도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 활성화된 가스들을 생성하기 위한 플라즈마 소스(10)의 개략 표현이다. 플라즈마 소스(10)는 활성화된 가스들을 반도체 프로세스 챔버(22)에 제공한다. 플라즈마 소스(10)는 전력 변압기, 플라즈마 챔버(20), 가스 입구(32), 제 1 자기-공진 디바이스(15a), 제 2 자기-공진 디바이스(15b), 제 3 자기-공진 디바이스(15n)(일반적으로, 자기-공진 디바이스들(15)), 스위칭 전력 공급부(전압 공급부(24) 및 스위칭 엘리먼트(26)), 및 피드백 루프(44)를 포함한다.
[0037] 전력 변압기는 자기 코어(16), 1차 코일(18), 및 프로세스 플라즈마(14)(점화되는 경우)를 포함한다. 전력 변압기는 스위칭 전력 공급부로부터 수신된 전력을 플라즈마 생성 체적부에 커플링한다. 플라즈마 생성 체적부는 플라즈마 챔버(20)에 의해 규정된다. 전력 변압기는 또한 스위칭 전력 공급부로부터 수신된 전력을 3개의 점화 플라즈마 체적부들(자기-공진 디바이스들(15) 각각에 대해 하나의 점화 플라즈마 체적부)에 커플링시킨다. 자기 코어(16)는 플라즈마 챔버(20) 둘레를 둘러싸며, 따라서 플라즈마 챔버(20)가 자기 코어(16)를 통하여 통과한다. 1차 코일(18) 및 자기 코어(16)는 플라즈마 생성 체적부 내에서 점화되어 유지되는 프로세스 플라즈마(14)가 전력 변압기의 2차 회로를 형성하게 한다.
[0038] 다양한 실시예들에서, 전력 변압기는 2개, 4개 또는 임의의 수의 자기 코어들을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 플라즈마 챔버(20)는 유전체 재료 이를테면 석영, 알루미나 또는 사파이어, 또는 금속 이를테면 알루미늄, 또는 코팅된 금속 이를테면 양극산화된 알루미늄으로 만들어질 수 있다.
[0039] 일부 실시예들에서, 자기-공진 디바이스들(15) 각각은 자체 개별 전력 공급부들을 가진다. 예컨대, 각각의 개별 전력 공급부는 대략 3 watt 전력의 전력을 제공하는 마이크로파 증폭기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 개별 전력 공급부는 마이크로파 주파수가 제어되게 하는 전압 제어 발진기이다. 일부 실시예들에서, 각각의 개별 전력 공급부는 자신의 개별 자기-공진 디바이스를 가지는 마이크로칩 상에 있다. 이들 실시예들에서, 마이크로칩에는 저전압 DC 전력 공급부에 의해 전력이 공급된다. 일부 실시예들에서, 각각의 개별적 전력 공급부는 자신의 개별 자기-공진 디바이스로부터 분리되게 하우징된다.
[0040] 일부 실시예들에서, 스위칭 전력 공급부는 예컨대, 미국 특허 번호 제 6,388,226호의 도 7 및 도 8에 설명된 고체 상태 스위칭 공급부일 수 있고, 상기 미국 특허는 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0041] 자기-공진 디바이스들(15)은 플라즈마 챔버(20)에 커플링된다. 동작 동안, 점화 가스는 플라즈마 챔버(20)로 유동된다. 자기-공진 디바이스들(15) 각각은 전체가 플라즈마 챔버(20) 내에 있으면서 자신의 대응하는 점화 플라즈마 체적부 내에 점화 플라즈마를 생성한다. 자기-공진 디바이스들에 의해 생성되는 점화 플라즈마는 점화 가스를 적어도 부분적으로 이온화시킨다.
[0042] 자기-공진 디바이스들(15)에 의해 생성된 부분적으로 이온화된 가스는, 자기-공진 디바이스들 없이 브레이크다운이 가능하지 않은 인가되는 전기장 강도들(예컨대, 파센 곡선들로부터 예상된 것보다 더 작은 강도)을 사용하여, 프로세스 플라즈마를 점화하기 위하여 사용되는 가스(예컨대, 점화 플라즈마 및/또는 부가적인 가스들을 생성하기 위하여 사용된 것과 동일한 점화 가스)의 브레이크다운을 허용한다. 이런 방식에서, 프로세스 플라즈마를 점화시키기 위하여 요구되는 전기장(예컨대, 대략 50 볼트/미터)은 플라즈마 챔버에서 자기-공진 디바이스들(15) 없이 프로세스 플라즈마를 점화시키기 위하여 요구되는 전기장(예컨대, 300 볼트/미터보다 더 큼)보다 더 작다.
[0043] 일부 실시예들에서, 자기-공진 디바이스들의 각각의 플라즈마를 생성하기 위하여 요구되는 전력은 자기-공진 디바이스당 10 watt보다 더 작다. 이런 방식에서, 프로세스 플라즈마의 점화를 유발시키기 위하여 요구되는 전력(예컨대, 자기-공진 디바이스당 10 watt)은 자기-공진 디바이스들(15) 없이 프로세스 플라즈마의 점화를 유발시키기 위하여 요구되는 전력(예컨대, 대략 100 내지 300 watt)보다 더 작다.
[0044] 자기-공진 디바이스들(15)에 의해 생성되는 부분적으로 이온화된 점화 가스 및 플라즈마 생성 체적부 내의 점화 가스에 의해, 전력 변압기가 전력을 플라즈마 생성 체적부에 커플링할 때, 프로세스 플라즈마(14)가 점화된다. 이런 방식에서, 프로세스 플라즈마는 점화 전극의 사용 없이 및/또는 플라즈마 챔버(20)에 인가되는 고전압 없이 점화된다. 프로세스 플라즈마(14)의 점화가 발생하면, 자기-공진 디바이스들(15)은 점화 플라즈마를 생성하는 것을 중단한다.
[0045] 자기-공진 디바이스들(15) 각각은, 프로세스 플라즈마의 밀도보다 더 작은 밀도를 가지며 그리고/또는 프로세스 플라즈마가 존재하는 체적부보다 더 작은 체적부로 존재하는 플라즈마를 생성할 수 있다. 따라서, 자기-공진 디바이스들(15)에 공급하는데 요구되는 전력(예컨대, 플라즈마 점화를 위한 전력)은 프로세스 플라즈마를 유지하는데 요구되는 전력보다 더 적을 수 있다.
[0046] 가스들은 플라즈마 챔버(20)를 떠나고 그리고 플라즈마 챔버(20)의 출구를 통하여 프로세스 챔버(22)에 진입한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버(20)는 다수의 가스 입구들을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 플라즈마 챔버(20)는 각각의 자기 코어에 대해 하나의 가스 출구를 가진다. 다양한 실시예들에서, 플라즈마 챔버(20)는 자기 코어들보다 많은 가스 출구들을 포함한다.
[0047] 일부 실시예들에서, 점화 가스 및 플라즈마(14)가 유지되는 동안 사용되는 가스(예컨대, 프로세스 플라즈마 가스)는 동일하다. 일부 실시예들에서, 프로세스 가스는 NH3, O2, H2, N2, NF3 또는 이들의 임의의 조합이다. 일부 실시예들에서, 점화 가스 및 프로세스 플라즈마 가스는 상이하다. 다양한 실시예들에서, 점화 가스는 헬륨, 아르곤, 크립톤, 크세논, 네온, 라돈, 우누녹튬(Ununoctium), 수소, 질소 또는 이들의 임의의 조합이다. 점화 가스가 플라즈마로 점화될 수 있는 임의의 가스일 수 있다는 것이 당업자에게 자명하다.
[0048] 샘플 홀더(23)는 프로세싱될 재료를 지지하기 위하여 프로세스 챔버(22)에 포지셔닝될 수 있다. 프로세싱될 재료는 플라즈마의 전위에 관련하여 바이어싱될 수 있다. 일부 실시예들에서, 샤워헤드(showerhead)(도시되지 않음)는 플라즈마 챔버 출구들(50)과 샘플 홀더(23) 간에 위치되어, 활성화된 가스는 프로세싱될 재료의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분배된다.
[0049] 플라즈마 소스(10)는 또한 1차 권선(18)의 전기 파라미터들을 측정하기 위한 측정 회로(36)를 포함할 수 있다. 1차 권선(18)의 전기 파라미터들은 1차 권선(18)을 구동시키는 전류, 1차 권선(18) 양단 전압, 전압 공급부(24)에 의해 생성되는 버스 전압 또는 선전압, 1차 권선(18)에서의 평균 전력, 및 1차 권선(18)에서의 피크 전력을 포함한다. 1차 권선의 전기 파라미터들은 연속으로 모니터링될 수 있다.
[0050] 플라즈마에 전달되는 전력은 전력 제어 회로(42), 1차 권선(18)의 전기 파라미터들을 측정하기 위한 측정 회로(36) 및 하나 또는 그 초과의 스위칭 반도체 디바이스들을 포함하는 스위칭 회로(26)를 포함하는 피드백 루프(44)에 의해 정확하게 제어될 수 있다. 게다가, 피드백 루프(44)는 전압 프로브(probe) 및 전류 프로브를 포함할 수 있다.
[0051] 플라즈마 소스(10)는 또한 1차 권선(18)의 전기 파라미터들을 측정하기 위한 측정 회로(36)를 포함할 수 있다. 1차 권선(18)의 전기 파라미터들은 1차 권선(18)을 구동시키는 전류, 1차 권선(18) 양단 전압, 전압 공급부(24)에 의해 생성되는 버스 전압 또는 선전압, 1차 권선(18)에서의 평균 전력, 및 1차 권선(18)에서의 피크 전력을 포함한다. 1차 권선의 전기 파라미터들은 연속으로 모니터링될 수 있다.
[0052] 플라즈마에 전달되는 전력은 RF 섹션을 공급하는 DC 버스에 기반한 전력 측정들을 모니터링함으로써 정확하게 제어될 수 있다.
[0053] 플라즈마 소스(10)는 다수의 재료들, 이를테면 고체 표면들, 분말들, 및 가스들을 프로세싱하는데 유용하다. 플라즈마 소스(10)는 반도체 프로세싱 장비, 이를테면 박막 증착 및 에칭 시스템들에 활성화된 가스들을 제공하는데 특히 유용하다. 플라즈마 소스(10)는 또한 포토레지스트 스트립핑(stripping), 원자 층 증착, 웨이퍼 세정, 및 게이트 산화물, 프로세스 챔버 세정 또는 유전체 수정에 특히 유용하다.
[0054] 플라즈마 소스는 다수의 재료들, 이를테면 실리콘, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 알루미늄, 몰리브덴, 텅스텐, 및 포토레지스트들, 폴리이미드들 및 다른 중합체 재료들 같은 유기 재료들을 에칭하는데 사용될 수 있다. 플라즈마 소스(10)는 다수의 박막 재료들, 이를테면 다이아몬드 막들, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 및 알루미늄 질화물의 플라즈마 강화 증착에 사용될 수 있다.
[0055] 게다가, 플라즈마 소스(10)는 반응성 가스들, 이를테면 원자 불소, 원자 염소, 원자 수소, 원자 브롬, 원자 질소, 및 원자 산소를 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 플라즈마 소스는 분자 라디칼들, 이를테면 NH, NF, OH 및 안정된 전구체들의 다른 분자 프래그먼트(fragment)들을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 그런 반응성 가스들은 다양한 산화물들, 이를테면 실리콘 이산화물, 주석 산화물, 아연 산화물 및 인듐-주석 산화물을 환원, 변환, 안정화 또는 패시베이팅(passivating) 하는데 유용하다. 특정 애플리케이션들은 플럭스-리스(flux-less) 납땜, 실리콘 표면으로부터의 실리콘 이산화물의 제거, 웨이퍼 프로세싱 이전의 실리콘 표면들의 패시베이션, 및 다양한 금속 및 유전체 재료들, 이를테면 구리, 실리콘, 및 실리콘 산화물들의 표면 세정을 포함한다.
[0056] 플라즈마 소스(10)의 다른 애플리케이션들은 중합체들, 금속들, 세라믹들 및 종이들의 표면 특성들의 수정을 포함한다. 게다가, 플라즈마 소스(10)는 살균을 위해 원자 산소, 원자 염소, 또는 원자 불소의 높은 플럭스들을 생성하기 위하여 사용될 수 있다.
[0057] 다양한 실시예들에서, 플라즈마 챔버의 표면 재료는 특정 프로세스 동안 사용되는 애플리케이션들 및/또는 가스 화학물(chemistry)들에 기반하여 선택된다. 예컨대, 석영은 산소 및 염소 플라즈마들에 대해서는 비교적 안정하지만, 불소 및 수소 플라즈마들에서는 에칭될 수 있다. 불소를 포함하는 플라즈마들을 생성하기 위하여, 플라즈마 챔버의 표면은 알루미늄, 마그네슘, 이트륨, 또는 이들의 화합물들로 만들어질 수 있는데, 그 이유는 이들 엘리먼트들이 안정된 불화물들을 가질 수 있기 때문이다.
[0058] 다양한 실시예들에서, 프로세스 가스들의 조성은 플라즈마 챔버 표면의 침식을 최소화하도록 맞추어질 수 있다. 예컨대, 알루미늄 산화물, 이를테면 사파이어, 알루미나, 또는 양극산화된 알루미늄을 포함하는 표면들은 수소 플라즈마에 의해 침식될 수 있다. 수소 이온들은 먼저 알루미늄 산화물을 환원시키고 이후에 알루미늄 산화물을 휘발성 알루미늄 수소화물로 전환시킨다. 수소에, O2 또는 H2O 형태이고 1-1000 ppm 범위의 작은 양의 산소를 부가하게 되면, 알루미늄 산화물 표면을 안정화시키고 실질적으로 알루미늄 산화물 표면의 침식을 감소시킬 수 있다.
[0059] 플라즈마 소스(10)에 의해 생성되는 플라즈마(14)의 플라즈마 전류 및 플라즈마 전류 밀도는 특정 애플리케이션들에 대한 특정 가스들의 해리를 최적화하도록 선택될 수 있다. 예컨대, 플라즈마 전류 및 플라즈마 전류 밀도는 NF3 해리를 최적화하도록 선택될 수 있다. NF3는 챔버 세정 및 다수의 다른 애플리케이션들에 대한 불소 소스로서 널리 사용된다. NF3는 비교적 비싸다. 높은 NF3 해리 속도들에 대해 플라즈마 소스(10)를 최적화하는 것은 가스 활용률을 개선시키고 시스템을 동작시키는 전체 비용을 감소시킨다. 게다가, NF3의 해리 속도를 증가시키는 것이 바람직한데, 그 이유는 이것이 분위기로의 환경적으로 위험한 가스들의 방출을 감소시키기 때문이다.
[0060] NF3의 해리는 플라즈마 내의 전자들 및 고온 가스들과 NF3 분자들 간의 충돌들에 의해 유발된다. 플라즈마 소스에서의 전자들의 밀도는 플라즈마 전류 밀도에 거의 비례한다. NF3 분자들의 해리를 최대화하는 플라즈마 전류 밀도들의 최적 범위가 존재한다. 일 실시예에서, 대략 40-60 cm의 길이를 가지는 토로이드형(toroidal) 플라즈마(14)에서, NF3 가스를 효과적으로 해리시키기 위한 최적 플라즈마 전류 밀도는 5-20 A/cm2이다. 일 실시예에서, 3-10 cm2의 단면적을 가지는 토로이드형 플라즈마(14)에서, 이런 전류 밀도 범위는 대략 20-200 A 범위의 총 토로이드형 플라즈마 전류에 대응한다.
[0061] 플라즈마 챔버(20)의 내부 표면 및 플라즈마 챔버(20)의 출력을 프로세스 챔버(22)에 연결하는 엘리먼트들에 사용되는 재료들은, 특히 플라즈마 소스가 화학적으로 반응성 종들을 생성하기 위하여 사용되면, 주의 깊게 선정될 수 있다. 재료들은 몇몇 요건들을 충족시키도록 선택될 수 있다. 재료들의 하나의 요건은, 프로세스 가스들과의 재료들의 상호작용에 의해 유발되는 재료의 부식 또는 열화로부터 발생하는 오염의 생성이 최소화되어야 하는 것이다. 재료들의 다른 요건은, 프로세스 가스들에 노출될 때 재료들이 최소 침식을 가지는 것이다. 재료들의 다른 요건은, 재료들이 반응성 가스의 재조합 및 불활성화를 최소화하고, 따라서 프로세스 챔버에 반응물 전달을 최대화해야 하는 것이다.
[0062] 양극산화된 알루미늄은 반도체 프로세싱 애플리케이션들에 대해 일부 장점들을 가진다. 하나의 장점은, 양극산화된 알루미늄이 전해질 프로세스를 통하여 아래 놓인 알루미늄 베이스 상에서 직접 성장될 수 있다는 것이다. 결과적인 막은 우수한 점착 특성들을 가진다. 다른 장점은, 양극산화된 알루미늄이 석영의 열 전도도보다 대략 15배 큰 열 전도도를 가지는 것이다. 그러므로, 양극산화된 알루미늄으로 형성된 플라즈마 챔버들의 내부 표면은 심지어 상당한 입사 전력 밀도로도, 비교적 차갑게 유지될 것이다.
[0063] 다른 장점은, 이온 충격이 존재하지 않거나 저에너지 이온 충격만이 존재하는 한, 양극산화된 알루미늄이 많은 원자 종들(F, O, Cl 등)에 화학적으로 불활성이라는 것이다. 양극산화된 알루미늄은 특히 불소 화학물들에 유리한데, 그 이유는 양극산화된 알루미늄이 원자 불소에 대해 낮은 재조합 계수를 가지기 때문이다. 또한, 양극산화된 알루미늄은 반도체 재료 프로세싱 애플리케이션들에 보통 사용되고 용인되는 재료이다.
[0064] 석영은 또한 반도체 프로세싱 애플리케이션들에 대해 일부 장점들을 가진다. 석영은 극히 고순도로 이용가능하고 보통 반도체 산업에 사용되고 용인된다. 또한, 석영은 O, H, N, Cl, 및 Br을 포함하는 다수의 반응성 종들에 안정적이다. 특히, 석영은 원자 산소 및 수소에 대해 낮은 표면 재조합 계수를 가진다. 또한, 석영은 낮은 열 팽창 계수를 가지며 열적 쇼크에 대해 비교적 높은 저항을 가진다. 게다가, 석영은 높은 연화점 및 녹는점을 가지며, 그러므로 석영으로 프로세스 챔버를 형성하기가 비교적 쉽다.
[0065] 불소중합체들은 또한 반도체 프로세싱 애플리케이션들에 대해 일부 장점들을 가진다. 일부 불소중합체들의 예들은 PTFE, PFE, PFA, FEP, 및 TeflonTM이다. 많은 불소중합체들에 대한 재조합 속도는 비교적 낮다. 불소중합체들은 또한 원자 불소 및 원자 산소를 포함하는 대부분의 원자 종들에 비교적 불활성이다. 게다가, 불소중합체들의 순도는 비교적 높고 불소중합체들은 벌크(bulk) 형태(튜브, 시트 등) 및 박막 형태 둘 모두로 이용가능하다.
[0066] 그러나, 일부 실시예들에서, 불소중합체들은 플라즈마 내 이온들에 의해 침식될 수 있다. 또한, 불소중합체들이 견딜 수 있는 최대 동작 온도는 석영이 견딜 수 있는 최대 온도보다 상당히 낮다. 게다가, 불소중합체들의 열적 전도도는 비교적 낮다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 불소중합체들은 플라즈마 챔버의 외측 수송 섹션들을 구성하는데 가장 유용하다.
[0067] 위의 도 1에 도시된 플라즈마 소스가, 프로세스 플라즈마가 플라즈마 생성 체적부의 내부에서 점화되고 유지될 수 있는 플라즈마 소스에 대한 하나의 예시적인 구성이고 그리고 플라즈마 소스에 대한 많은 가능한 구성들이 가능하고 본 발명에 적용가능하다는 것은 당업자에게 자명하다. 다양한 실시예들에서, 기술분야에서 알려진 다른 플라즈마 소스 구성들은 자기-공진 디바이스들이 플라즈마 생성 체적부 내의 가스들을 여기시켜 중성 점화 가스에 대해 요구되는 필드 강도들보다 더 낮은 필드 강도들로 프로세스 플라즈마가 점화하게 하도록 수정된다.
[0068] 도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 플라즈마 챔버(200)의 개략 표현이다. 플라즈마 챔버(200)는 토로이드 형상이고 플라즈마 챔버에 의해 규정되는 플라즈마 생성 체적부를 포함한다. 플라즈마 챔버(200)는 또한 4개의 자기-공진 디바이스들(230a, 230b, 230c 및 230d), 일반적으로 자기-공진 디바이스들(230), 입구(205) 및 출구(210)를 포함한다. 플라즈마 챔버(200)는 자기 코어들(240a 및 240b)에 의해 둘러싸인다.
[0069] 다양한 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 자기-공진 디바이스들(230) 각각은 동축 공진기, 링 공진기, 또는 이들의 임의의 조합이다. 다양한 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 자기-공진 디바이스들(230) 각각은 마이크로스트립 공진기, 스트립라인 공진기, 또는 이들의 임의의 조합이다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 자기-공진 디바이스들 각각은 기술분야에서 알려진 자기-공진 디바이스들이다. 예컨대, David M. Pozar의 저서 "Microwave Engineering" Wileys & Sons(2011)의 챕터 6에 설명된 바와 같은 자기-공진 디바이스들은 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0070] 다양한 실시예들에서, 더 많거나 더 작은 자기-공진 디바이스들(230)이 존재한다. 다양한 실시예들에서 1, 2, 3, 5, 6 또는 임의의 수의 자기-공진 디바이스들이 존재한다. 다양한 실시예들에서, 자기-공진 디바이스들의 수는 플라즈마 챔버(200)의 크기, 원하는 범위의 점화 파라미터들(예컨대, 종들 혼합, 가스 압력 및/또는 가스 유량)에 따른다. 일부 실시예들에서, 자기-공진 디바이스들의 수는 가스 유동 내 또는 플라즈마 챔버 표면상의 오염물들에 대한 원하는 허용오차에 따른다. 예컨대, 더 많은 수의 자기-공진 디바이스들은 오염물들에 대해 더 큰 허용오차를 허용할 수 있다.
[0071] 일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버(200)의 입구(225)에 하나의 자기-공진 디바이스 및 플라즈마 챔버(200)의 출구에 하나의 자기-공진 디바이스가 있다. 일부 실시예들에서, 자기-공진 디바이스들(230)은 플라즈마 채널을 따라 등거리로 포지셔닝된다. 일부 실시예들에서, 각각의 자기-공진 디바이스(230)는 플라즈마 생성 체적부에 인접하여 포지셔닝된다.
[0072] 일부 실시예들에서, 자기-공진 디바이스들(230)은 마이크로파 주파수로 공진한다. 일부 실시예들에서, 자기-공진 디바이스들(230)은 라디오 주파수로 공진한다. 일부 실시예들에서, 자기-공진 디바이스들(230)은 100 메가헤르쯔 내지 10 기가헤르쯔의 주파수에서 공진한다. 일부 실시예들에서, 자기-공진 디바이스들(230)은 300 메가헤르쯔 내지 3 기가헤르쯔의 주파수에서 공진한다.
[0073] 자기-공진 디바이스들(230)은 가스의 부분 이온화를 유발하기에 충분한 플라즈마(예컨대, 점화 플라즈마)를 각각 생성할 수 있다. 가스의 부분 이온화를 생성하기 위하여 사용되는 플라즈마는 프로세스 플라즈마의 밀도보다 더 작은 밀도를 가질 수 있다. 따라서, 가스의 부분 이온화를 생성하기 위하여 요구되는 전력은 프로세스 플라즈마를 유지하기 위하여 요구되는 전력보다 더 작을 수 있다. 예컨대, 가스를 부분적으로 이온화하기 위하여, 요구된 전력은 몇 watt 내지 10 watt일 수 있지만, 플라즈마를 유지하기 위한 전력은 1 kilowatt보다 더 클 수 있다.
[0074] 일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버(200)는 가스를 자기-공진 디바이스들(230)에 제공하기 위하여 하나 또는 그 초과의 부가적인 가스 입구들을 포함한다. 예컨대, 각각의 자기-공진 디바이스(230)에 대해, 플라즈마 챔버(200)는 대응하는 가스 입구를 포함하여 자기-공진 디바이스들(230) 각각에 가까운 위치에서 가스를 주입할 수 있다. 이런 방식에서, 자기-공진 디바이스들(230) 각각은 자신의 대응하는 플라즈마의 점화를 위한 그 자신의 가스 소스를 가질 수 있다.
[0075] 일부 실시예들에서, 플라즈마를 점화하기 위한 자기-공진 디바이스들(230) 각각에 의해 사용되는 가스는 프로세스 플라즈마를 점화하기 위하여 사용되는 점화 가스와 상이한 타입의 가스이다. 예컨대, 점화 가스는 아르곤, 헬륨, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 이들 실시예들에서, 각각의 자기-공진 디바이스들(230)이 플라즈마를 점화시키면, 점화 가스는 플라즈마 챔버(200)로 유동되어, 자기-공진 디바이스들(230) 각각의 플라즈마는 점화 가스를 적어도 부분적으로 이온화시킬 수 있다.
[0076] 도 2에서, 동작 동안, 점화 가스는 플라즈마 챔버(200)의 입구(225)를 통해 유동된다. 점화 가스는 플라즈마 챔버(200)를 통하여 유동하고 자기-공진 디바이스들(230) 각각은 그 자신의 점화 플라즈마를 점화시킨다. 각각의 점화 플라즈마는 점화 가스가 적어도 부분적으로 이온화하게 한다. 점화 가스의 부분적 이온화는 자기-공진 디바이스들(230) 각각의 가까이에 위치된 이온화 지역들(232) 내의 플라즈마 챔버(200) 내에서 발견될 수 있다. 예컨대, 자기-공진 디바이스(230a)는 대응하는 이온화 지역(232a)을 가지며, 자기-공진 디바이스(230b)는 대응하는 이온화 지역(232b)을 가지며, 자기-공진 디바이스(230c)는 대응하는 이온화 지역(232c)을 가지며, 그리고 자기-공진 디바이스(230d)는 대응하는 이온화 지역(232d)을 가진다.
[0077] 이온화 지역들 각각에서 생성되는 부분적으로 이온화된 가스의 적어도 일부는 플라즈마 생성 체적부로 유동한다. 전기장은 자기 코어들(240a 및 240b)을 통하여 플라즈마 생성 체적부에 인가되고 프로세스 플라즈마는 플라즈마 생성 체적부 내에서 점화한다.
[0078] 다양한 실시예들에서, 플라즈마 챔버(200)는 유도적 커플링된 플라즈마 소스, 용량적 커플링된 플라즈마 소스, 중공 캐소드, 마이크로파 방전 플라즈마 소스, 또는 글로우 방전 플라즈마 소스의 부분이다.
[0079] 도 3은 플라즈마 챔버(예컨대, 위의 도 2에 도시된 플라즈마 챔버(200)) 내의 프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법의 흐름도(300)이다.
[0080] 방법은 점화 가스를 플라즈마 챔버로 유동시키는 단계를 포함한다(단계 310). 방법은 또한 적어도 하나의 자기-공진 디바이스(예컨대, 위의 도 2에서 설명된 바와 같은, 자기-공진 디바이스들(230))를 사용하는 것을 포함한다. 각각의 자기-공진 디바이스는 플라즈마 챔버 내에 적어도 하나의 대응하는 점화 플라즈마를 형성한다(단계 320). 각각의 점화 플라즈마는 점화 가스의 적어도 부분적 이온화를 유발한다. 점화 가스를 부분적으로 이온화시킴으로써, 전력이 플라즈마 챔버로 직접 커플링될 때, 프로세스 플라즈마는 점화될 수 있다. 프로세스 플라즈마는 부분적으로 이온화된 가스 없이 프로세스 플라즈마를 점화시키기 위하여 요구되는 전력(예컨대, 1 kilowatt)보다 더 작은 전력(예컨대, 10 watt 미만)을 인가함으로써 점화될 수 있다.
[0081] 방법은 또한 플라즈마 챔버에 전력을 유도적으로 커플링함으로써 플라즈마 챔버 내의 프로세스 플라즈마를 점화시키는 단계를 포함한다(단계 330).
[0082] 일부 실시예들에서, 부분적으로 이온화된 가스의 퍼센티지는 미리결정된 점화 전압에 기반한다. 예컨대, 더 높은 정도의 점화 이온화가 달성될 때, 자기-공진 디바이스들에 의해, 프로세스 플라즈마를 점화시키기 위하여 요구되는 전력이 감소될 수 있다.
[0083] 도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 점화 전력 대 플라즈마 챔버 압력의 그래프(400)이다. 자기-공진 디바이스들을 포함하는 플라즈마 챔버(예컨대, 위의 도 2에 도시된 바와 같은, 플라즈마 챔버(200))에 대해, 프로세스 플라즈마를 점화시키기 위하여 요구되는 전력은 ~ 0.25 내지 2.25 Torr의 플라즈마 챔버 압력들에 대해 ~1 - 7 watt의 범위를 가진다.
[0084] 도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른, 자기-공진 디바이스들의 수 대 점화 성능의 그래프(500)이다. 12W의 인가된 전력에 대해, 4개의 자기-공진 디바이스들을 포함하는 플라즈마 챔버(예컨대, 위의 도 2에 도시된 바와 같은, 플라즈마 챔버(200))는 3개의 자기-공진 디바이스들을 포함하는 플라즈마 챔버보다 더 높은 점화 성능을 가진다.
[0085] 본 발명이 특정 실시예들을 참조하여 상세히 도시되고 설명되었지만, 형태 및 세부사항의 다양한 변화들이 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어남이 없이 그 안에서 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에 의해 이해되어야 한다.

Claims (27)

  1. 프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법으로서,
    점화 가스를 플라즈마 챔버로 유동시키는 단계;
    상기 플라즈마 챔버에 대해 배치된 적어도 하나의 자기-공진(self-resonating) 디바이스 및 상기 플라즈마 챔버에 커플링된 전력 변압기를 제공하는 단계;
    상기 플라즈마 챔버 내에 적어도 하나의 점화 플라즈마를 형성하기 위하여 상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스를 사용하는 단계 ― 상기 적어도 하나의 점화 플라즈마는 상기 점화 가스의 적어도 부분적 이온화를 유발함 ―; 및
    상기 플라즈마 챔버 내의 상기 적어도 하나의 점화 플라즈마를 포함하여 상기 플라즈마 챔버에 전력을 유도적으로 커플링하기 위해 그리고 상기 플라즈마 챔버 내의 상기 프로세스 플라즈마를 점화시키기 위해 상기 전력 변압기를 사용하는 단계
    를 포함하는,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기-공진 디바이스는 라디오 주파수 또는 마이크로파 주파수로 공진되는,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 생성 체적부에 인접하게 상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스를 포지셔닝시키는 단계를 더 포함하고, 상기 플라즈마 생성 체적부는, 상기 프로세스 플라즈마가 형성되는 지역인,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버의 입구에 상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스 중 제 1 자기-공진 디바이스를 포지셔닝시키고 상기 플라즈마 챔버의 출구에 제 2 자기-공진 디바이스를 포지셔닝시키는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    플라즈마 채널을 따라 등거리에 상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스 중 제 1 자기-공진 디바이스 및 제 2 자기-공진 디바이스를 포지셔닝시키는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    100 메가헤르쯔 내지 10 기가헤르쯔의 주파수에서 상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스를 동작시키는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    300 메가헤르쯔 내지 3 기가헤르쯔의 주파수에서 상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스를 동작시키는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 동축 공진기, 링 공진기, 또는 이들의 임의의 조합인,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 마이크로스트립(microstrip) 공진기, 스트립라인(stripline) 공진기, 또는 이들의 임의의 조합인,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 플라즈마는 미터당 1 내지 10 킬로볼트의 평균 필드(field)로 점화되는,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 점화 플라즈마는 100 Vrms 미만의 전압으로 유지되는,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 점화 플라즈마의 피크(peak) 전압은 300 Vrms 미만인,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    50 watt 미만의 전력을 상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스에 공급하는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버 내의 압력은 50 Torr 미만인,
    프로세스 플라즈마를 점화시키기 위한 방법.
  15. 프로세스 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스로서,
    플라즈마 점화 가스를 플라즈마 챔버로 유동시키는 플라즈마 점화 가스 소스;
    상기 플라즈마 챔버에 대해 배치된 적어도 하나의 자기-공진 디바이스 ― 상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 상기 플라즈마 챔버 내에 적어도 하나의 점화 플라즈마를 생성하고, 상기 적어도 하나의 점화 플라즈마는 상기 플라즈마 점화 가스의 적어도 부분적 이온화를 유발함 ―;
    상기 플라즈마 챔버와 직접 전기 통신하는 전력 소스; 및
    상기 플라즈마 챔버에 커플링된 전력 변압기
    를 포함하고,
    상기 전력 변압기는, 상기 플라즈마 챔버 내의 상기 적어도 하나의 점화 플라즈마를 포함하여 상기 플라즈마 챔버에 상기 전력 소스로부터의 전력을 커플링함으로써 상기 플라즈마 챔버 내의 상기 프로세스 플라즈마를 점화시키도록 구성되는,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버 내부의 플라즈마 생성 체적부에 인접하게 상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스를 포지셔닝시키는 것을 더 포함하고, 상기 플라즈마 생성 체적부는, 상기 프로세스 플라즈마가 형성되는 지역인,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스 중 제 1 자기-공진 디바이스 및 제 2 자기-공진 디바이스는 상기 플라즈마 생성 체적부를 따라 등거리에 포지셔닝되는,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스 중 제 1 자기-공진 디바이스는 상기 플라즈마 챔버의 입구에 포지셔닝되고 제 2 자기-공진 디바이스는 상기 플라즈마 챔버의 출구에 포지셔닝되는,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 마이크로파 주파수 또는 라디오 주파수에서 동작하는,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 100 메가헤르쯔 내지 10 기가헤르쯔의 주파수에서 동작하는,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 300 메가헤르쯔 내지 3 기가헤르쯔의 주파수에서 동작하는,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스는 동축 공진기, 링 공진기, 또는 이들의 임의의 조합인,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 프로세스 플라즈마는 미터당 10 킬로볼트의 평균 필드로 점화되는,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
  24. 제 15 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 점화 플라즈마들은 100 Vrms 미만의 전압으로 유지되는,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
  25. 제 15 항에 있어서,
    상기 점화 플라즈마의 피크 전압은 300 Vrms 미만인,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
  26. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기-공진 디바이스에는 50 watt 미만의 전력이 공급되는,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
  27. 제 16 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버 내의 압력은 50 Torr 미만인,
    플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스.
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