等离子体产生装置的制作方法

本公开涉及螺旋波等离子体产生装置，更具体地，涉及使用多个螺旋波等离子体模块和双容器结构的等离子体产生装置。

背景技术：

US 2008/024606 A1中公开了一种螺旋波等离子体装置。该螺旋波等离子体装置可以提供比由常规感应耦合等离子体提供的等离子体密度高的等离子体密度。特别地，当使用多个螺旋波等离子体模块产生大面积均匀的等离子体时，螺旋波等离子体模块的电力分配成为问题。

为了克服上述问题，本公开的发明人提交了韩国专利公开No.10-2012-0000260A和韩国专利注册No.10-1246191B1。均匀的电力分配单元可以向各个螺旋波等离子体模块分配均匀的电力以提供大面积均匀的等离子体。

技术实现要素：

技术问题

本公开的实施方案提供了一种能够使用螺旋波等离子体模块而通过氮扩散形成氧氮化硅层的等离子体产生装置。

技术方案

根据本公开示例性实施方案的等离子体产生装置包括：构造成在外部静磁场中产生螺旋波等离子体的多个螺旋波等离子体模块和构造成通过接收在所述螺旋波等离子体模块中产生的等离子体来处理单个基板的主室。所述各螺旋波等离子体模块包括：安装成围绕在所述主室的顶板上形成的通孔突出、由介电材料形成并具有圆筒形状的外部容器；在所述外部容器的中心轴方向上间隔配置并在所述外部容器的内部在中心轴方向上建立静磁场的永磁体；由介电材料形成、与所述外部容器隔开预定距离、配置在所述外部容器的内部并包括内部容器顶板的杯形内部容器；设置成缠绕所述外部容器的感应线圈；和由导体形成、从外部接收处理气体并安装在所述外部容器的顶表面上的外部容器顶板。所述内部容器顶板可以具有多个通孔。在所述内部容器顶板和所述外部容器顶板的底表面之间可以形成有气体缓冲空间。在所述气体缓冲空间中积聚的处理气体可以经由所述内部容器顶板的通孔提供到所述内部容器的内部空间以产生等离子体。

在示例性实施方案中，所述外部容器可以包括：圆筒部；和从所述圆筒部的底表面向所述圆筒部的中心轴方向延伸的垫圈状基部。所述内部容器的底表面可以经由隔热部件安装在所述基部上。

在示例性实施方案中，所述内部容器可以具有沿着所述内部容器的底表面的圆周以一定间隔形成的多个沟槽。提供到所述缓冲空间的处理气体可以沿着所述内部容器与所述外部容器之间的间隙和所述沟槽提供到所述内部容器的内部空间。

在示例性实施方案中，所述外部容器可以包括：圆筒部；和从所述圆筒部的底表面向所述圆筒部的中心轴方向突出的垫圈状基部。所述基部可以包括高度随着所述基部的半径增大而增大的倾斜部。所述内部容器的底侧表面可以安装在所述倾斜部上。

在示例性实施方案中，所述外部容器可以包括：圆筒部；在所述外部容器上形成并接收冷却剂的输入口；在所述外部容器上形成并输出冷却剂的输出口；和从所述圆筒部的底表面向所述圆筒部的中心轴方向突出的垫圈状基部。所述基部可以包括高度随着所述基部的半径增大而迅速增大的升高部。所述内部容器的底侧表面可以安装在所述升高部上。

在示例性实施方案中，所述外部容器顶板可以包括：与所述外部容器的顶表面结合的外凹部；与所述外凹部连接并接收冷却剂的输入通孔；与所述外凹部连接并输出冷却剂的输出通孔；与所述内部容器的顶表面结合的突出的垫圈状突起，所述突起随着所述突起的半径减小而与所述外凹部依次连接；和内凹部，所述内凹部随着所述内凹部的半径增大而与所述突起依次连接并提供所述气体缓冲空间。所述外部容器可以包括：圆筒部；和从所述圆筒部的底表面向所述圆筒部的中心轴方向突出的垫圈状基部。所述基部可以包括高度随着所述基部的半径增大而迅速增大的升高部。所述内部容器的底侧表面可以安装在所述升高部上。可以经由所述内部容器和所述外部容器之间的空间提供所述冷却剂。

在示例性实施方案中，所述等离子体产生装置还可以包括：涂布在所述外部容器的内部上侧表面和所述外部容器的内部下侧表面中的至少一个上的热反射部。

在示例性实施方案中，所述各螺旋波等离子体模块还可以包括设置在所述外部容器和所述内部容器之间的中间容器。

在示例性实施方案中，所述多个螺旋波等离子体模块可以包括第一组和第二组，其中第一组在具有固定半径的圆周上以一定角度相对于所述主室的中心对称地配置，并且第二组设置在所述主室的中心。

在示例性实施方案中，所述多个螺旋波等离子体模块可以在具有固定半径的圆周上以一定角度相对于所述主室的顶板的中心对称地配置。所述等离子体产生装置还可以包括设置在所述主室的中心并且不具有在其中建立静磁场的部分的感应耦合等离子体模块。所述感应耦合等离子体模块可以包括：安装成围绕在所述主室的顶板上形成的通孔突出、由介电材料形成并具有圆筒形状的外部容器；由介电材料形成、与所述外部容器隔开预定距离并包括内部容器顶板的杯形内部容器；设置成缠绕所述外部容器的感应线圈；和由导体形成、从外部接收处理气体并安装在所述外部容器的顶表面上的外部容器顶板。所述内部容器顶板可以具有多个通孔。在所述内部容器顶板和所述外部容器顶板的底表面之间可以形成有气体缓冲空间。在所述气体缓冲空间中积聚的处理气体可以经由所述内部容器顶板的通孔提供到所述内部容器的内部空间以产生等离子体。

本公开的示例性实施方案提供了一种等离子体产生装置的操作方法，所述等离子体产生装置包括构造成在外部静磁场中产生等离子体的多个螺旋波等离子体模块和构造成接收在所述螺旋波等离子体模块上产生的所述等离子体以处理单个基板的主室。所述操作方法包括：将其中形成有氧化硅层的基板装载到所述主室中；使用所述螺旋波等离子体模块使含氮气体放电以产生等离子体；和使用所述等离子体处理所述氧化硅层以形成氧氮化硅层。

在示例性实施方案中，所述各螺旋波等离子体模块可以包括：安装成围绕在所述主室的顶板上形成的通孔突出、由介电材料形成并具有圆筒形状的外部容器；在所述外部容器的中心轴方向上间隔配置并在所述外部容器的内部在中心轴方向上建立静磁场的永磁体；由介电材料形成、与所述外部容器隔开预定距离、配置在所述外部容器的内部并包括内部容器顶板的杯形内部容器；设置成缠绕所述外部容器的感应线圈；和由导体形成、从外部接收处理气体并安装在所述外部容器的顶表面上的外部容器顶板。所述内部容器顶板可以具有多个通孔。在所述内部容器顶板和所述外部容器顶板的底表面之间可以形成有气体缓冲空间。在所述气体缓冲空间中积聚的处理气体可以经由所述内部容器顶板的通孔提供到所述内部容器的内部空间以产生等离子体。

根据本公开示例性实施方案的螺旋波等离子体模块包括：安装成围绕在构造成进行处理的主室的顶表面上形成的通孔突出、由介电材料形成并具有圆筒形状的外部容器；在所述外部容器的中心轴方向上间隔配置并在所述外部容器的内部在中心轴方向上建立静磁场的永磁体；由介电材料形成、与所述外部容器隔开预定距离、配置在所述外部容器的内部并包括内部容器顶板的杯形内部容器；设置成缠绕所述外部容器的感应线圈；和由导体形成、从外部接收处理气体并安装在所述外部容器的顶表面上的外部容器顶板。所述内部容器顶板可以具有多个通孔。在所述内部容器顶板和所述外部容器顶板的底表面之间可以形成有气体缓冲空间。在所述气体缓冲空间中积聚的处理气体可以经由所述内部容器顶板的通孔提供到所述内部容器的内部空间以产生等离子体。

有益效果

根据本公开实施方案的等离子体产生装置可以使用多个螺旋波等离子体模块而产生空间均匀的等离子体。另外，等离子体产生装置可以将氮扩散到氧化硅层以形成氧氮化硅层。

附图说明

图1是根据本公开示例性实施方案的等离子体产生装置的立体图。

图2是图1中的等离子体产生装置的示意图。

图3是图1中的等离子体产生装置的电路图。

图4是图1中的螺旋波等离子体模块的断面图。

图5分别包括图1中的电力分配单元的立体图以及沿着图1中的线I-I’、II-II’和III-III’的断面图。

图6a是根据本公开示例性实施方案的螺旋波等离子体模块的断面图。

图6b是图6a中的内部容器和外部容器的分解立体图。

图7～11示出了根据本公开其他示例性实施方案的等离子体产生装置。

具体实施方式

在使用多个螺旋波等离子体模块的氧化硅层或氧氮化硅层等的沉积处理中，高RF功率表现出更好的层特性。因此，当每个螺旋波等离子体模块的RF功率为1kW以上时，螺旋波等离子体模块受到严重热损坏。需要一种新型结构的放电容器来克服该问题。

根据本公开示例性实施方案的螺旋波等离子体产生装置在小于几百毫托(mTorr)的低压下的真空容器中进行等离子体处理。另外，螺旋波等离子体产生装置通过组合多个螺旋波等离子体模块来产生大面积等离子体。

需要一种在300℃以下的温度下通过氮扩散形成氧氮化硅层的技术。需要在低压(几mTorr)下具有高密度(10¹²/cm³)的等离子体产生装置来进行氮扩散。然而，常规感应耦合等离子体不能产生高等离子体密度(10¹²/cm³)。即使当使用螺旋波等离子体时，也难以产生大面积螺旋波等离子体。

本公开的发明人提交的韩国专利公开No.10-2012-0000260A中公开了一种大面积螺旋波等离子体装置。根据本公开示例性实施方案的等离子体产生装置用来获得优异的氧氮化硅层。然而，各螺旋波等离子体模块需要至少1kW以上的RF功率以获得优异的氧氮化硅层。当供给各螺旋波等离子体模块至少1kW以上的功率时，螺旋波等离子体模块失去热稳定性。因此，提出了双容器结构的螺旋波等离子体模块。

对于高密度等离子体，可以向各螺旋波等离子体模块提供高RF功率。在这种情况下，高密度等离子体可能对放电容器的壁施加撞击而将放电容器加热到高温。为此，螺旋波等离子体模块由于放电容器的加热而不能操作预定时间或更长时间。因此，需要新型结构的放电容器以确保稳定的操作和长的操作时间。

当向各放电容器施加约1.4kW以上的RF功率时，放电容器的温度通常在100秒内升高而对放电容器和放电容器周围的部件造成热损坏。

根据本公开示例性实施方案的双容器结构的螺旋波等离子体模块可以在抑制热损坏的同时提供均匀的等离子体。特别地，形成气体缓冲空间以提供均匀的螺旋波等离子体。气体缓冲空间通过多个气体喷嘴向放电容器提供处理气体。处理气体空间可以对处理气体进行空间分配以产生均匀的螺旋波等离子体。

气体缓冲空间可以在内部容器的顶板和外部容器的顶板之间形成。内部容器的顶板可以除去直接施加到外部容器的顶板上的等离子体离子撞击。因此，可以抑制真空保持部件的损坏。

外部容器可以与内部容器间隔开一定的间隔。间隔空间可以保持在真空状态下以使外部容器和内部容器之间的热传递最小化。

一个RF电源可以向并联连接的多个螺旋波等离子体模块供给电力以产生大面积等离子体。电力分配单元可以设置在多个螺旋波等离子体模块和RF电源之间以向各个螺旋波等离子体模块均等地供电。

例如，七个螺旋波等离子体模块可以设置在真空容器的圆形顶板上。七个螺旋波等离子体模块中的一个可以设置在顶板的中心，并且其余六个螺旋波等离子体模块可以相对于顶板的中心对称地设置在具有预定半径的圆周上。设置在圆周上的六个螺旋波等离子体模块可以通过电力分配单元与一个RF电源连接。设置在顶板的中心的螺旋波等离子体模块可以与单独的RF电源连接。

根据本公开的示例性实施方案，引入了包括内部容器和外部容器的双容器结构。内部容器暴露到高密度螺旋波等离子体而被加热。因此，需要使内部容器和外部容器之间的热传递最小化的结构。为此，需要将内部容器和外部容器之间的直接接触面积最小化。

根据本公开的示例性实施方案，提出了一种其中冷却剂在内部容器和外部容器之间流动以冷却内部容器和外部容器的结构。

下面参照其中示出了一些示例性实施方案的附图对示例性实施方案进行更充分地说明。然而，示例性实施方案可以以许多不同的形式实施并且不应当理解为对本文所提出的实施方案的限制；相反，这些示例性实施方案提供为使得本公开全面和完整，并且向本领域技术人员充分传达发明构思的示例性实施方案的范围。在附图中，为了清楚起见，放大了层的厚度和区域。在附图中相同的附图标记表示相同的元件，因而可以省略对它们的说明。

图1是根据本公开示例性实施方案的等离子体产生装置的立体图。

图2是图1中的等离子体产生装置的示意图。

图3是图1中的等离子体产生装置的电路图。

图4是图1中的螺旋波等离子体模块的断面图。

图5分别包括图1中的电力分配单元的立体图以及沿着图1中的线I-I’、II-II’和III-III’的断面图。

参照图1～5，等离子体产生装置100包括构造成在外部静磁场中产生螺旋波等离子体的多个螺旋波等离子体模块110a～110f和210以及接收在螺旋波等离子体模块110a～110f和210上产生的等离子体以处理单个基板156的主室152。

螺旋波等离子体模块110a～110f和210中的每个都包括安装成围绕在主室152的顶板153上形成的通孔101突出、由介电材料形成并具有圆筒形状的外部容器111；在外部容器111的中心轴方向上间隔配置并在外部容器111的内部在中心轴方向上建立静磁场的永磁体112；由介电材料形成、与外部容器111隔开预定距离、配置在外部容器111的内部并包括内部容器顶板113a的杯形内部容器113；设置成缠绕外部容器111的感应线圈114；和由导体形成、从外部接收处理气体并安装在外部容器111的顶表面上的外部容器顶板115。内部容器顶板113a具有多个通孔113b。在内部容器顶板113a和外部容器顶板115的底表面之间形成有气体缓冲空间117。在气体缓冲空间117中积聚的处理气体通过内部容器顶板113a的通孔113b提供到内部容器113的内部空间以产生等离子体。

多个螺旋波等离子体模块110a～110f和210可以分成第一组110a～110f和第二组210。第一组中的螺旋波等离子体模块110a～110f可以在固定的圆周上以一定角度相对于主室152的顶板153的中心对称地配置。具体地，六个螺旋波等离子体模块可以配置成具有30°的角度差。

第二组中的螺旋波等离子体模块210可以设置在主室152的顶板153的中心。螺旋波等离子体模块包括静磁产生装置，并且感应耦合等离子体产生模块不包括静磁产生装置。

第一组中的螺旋波等离子体模块110a～110f的每个都可以通过第一RF电源162、第一阻抗匹配网络163和第一电力分配单元120供给RF功率。第一RF电源162可以输出第一频率的正弦波。第一RF电源162的电力可以通过第一阻抗匹配网络163提供到第一电力分配单元120。第一RF电源162的频率可以为几百kHz至几百MHz。

第二组中的螺旋波等离子体模块210可以通过第二RF电源164和第二阻抗匹配网络165供给RF功率。第二RF电源164可以将电力供给到第二组中的螺旋波等离子体模块210。为了使第一RF电源162和第二RF电源164之间的干扰最小化，第一RF电源的第一频率可以不同于第二RF电源164的第二频率。例如，第一频率可以为13.56MHz并且第二频率可以为12MHz。

第一组可以包括六个螺旋波等离子体模块。第二组可以包括一个螺旋波等离子体模块。第二组中的螺旋波等离子体模块可以具有与第一组中的螺旋波等离子体模块的每个相同的构造。

主室152可以具有圆形形状或方形管形状。主室152可以包括供应气体的气体供应部和排出气体的排气部。主室152可以进行沉积处理、扩散处理和蚀刻处理。

特别地，主室152可以用于扩散处理以形成氧氮化硅层。具体地，优异的氧化硅层可以通过氧化硅层的常规形成方法形成。氧化硅层的厚度可以为几纳米(nm)至几百nm。当氧化硅层掺杂有氮原子时，可以形成具有增大的介电常数的氧氮化硅层。氧氮化硅层可以使用金属-绝缘体-半导体(MIS)半导体中的中间绝缘体。另外，氧氮化硅层可以用于MOS半导体中的栅电极的侧壁处理。可以使用根据本公开的等离子体产生装置，使得氮原子被引入氧化硅层中而没有晶格缺陷以形成优异的氧氮化硅层。

当将氮原子引入氧化硅层以形成氧氮化硅层时，氮与氧和氮(N/(N+O))的所需比例为30％以上以实现优异的介电常数。然而，当将通过在300℃以下的基板温度下使含氮气体放电获得的等离子体暴露到氧化硅层时，很难形成优异的氧氮化硅层。

因此，根据本公开示例性实施方案的等离子体产生装置用来获得优异的氧氮化硅层。然而，各螺旋波等离子体模块需要至少1kW的功率以获得优异的氧氮化硅层。当供给各螺旋波等离子体模块至少1kW的功率时，螺旋波等离子体模块可能失去热稳定性。因此，提出了双容器结构。

为了形成氧氮化硅层，将其中形成有氧化硅层的基板装载到主室中。然后，螺旋波等离子体模块将含氮气体放电以产生等离子体。当使用等离子体处理氧化硅层时，通过氮扩散形成氧氮化硅层。供给各螺旋波等离子体模块至少1kW以上的RF功率，并且通过使含氮气体放电在mTorr的压力下等离子体密度可以为10¹²/cm³。处理气体可以包括N₂作为含氮气体。

根据本发明示例性实施方案的等离子体产生装置需要大面积和高密度等离子体。应用多个螺旋波等离子体模块以实现大面积。根据对称性将多个螺旋波等离子体模块分成多个组。可以从一个RF电源为各组均等地供电。当供给到各螺旋波等离子体模块的RF功率增大时，总体等离子体均匀性提高，但是各螺旋波等离子体模块受到热损坏。因此，包括内部容器和外部容器的双容器结构可以提高热稳定性，但是可能会变复杂并且使等离子体均匀性劣化。需要气体缓冲空间和气体分配结构以确保等离子体均匀性。

双容器结构包括内部容器113和外部容器111。内部容器113直接暴露到等离子体而被加热。外部容器111可以与内部容器113间隔开预定距离。因此，通过外部容器111和内部容器113之间的真空层可以使外部容器111和内部容器113之间的导热性最小化。

外部容器111可以从内部容器113吸收辐射热而被加热。可以使用热反射部件来减少辐射热。热反射部件可以设置在外部容器111的邻近用于保持真空的O形环的顶部或底部内壁上。

黑体是发射率大于或等于1的理想吸收体。热反射部件的发射率为0.5以下。热反射部件可以是发射率比氧化铝(Al₂O₃)低的材料。具体地，热反射部件可以是诸如铝、金、银或铜等金属或金属-合金。热反射部件可以部分地涂布在外部容器111的内侧上。如果传导性热反射部件完全覆盖外部容器111，那么由感应线圈建立的感应电场不能穿透外部容器111。热反射部件可以设置在外部容器111中的上部或下部。传导性热反射部件可以是电浮动的。因此，可以防止由感应电流引起的加热。传导性热反射部件可以制备成诸如梳子等的形式。因此，可以透过固定方向的电介质场并且可以不吸收辐射热。

外部容器111和内部容器113可以彼此部分接触。在这种情况下，加热的内部容器113的热可以通过接触传递到外部容器111。因此，隔热材料可以设置在内部容器113和外部容器111之间的接触部分上以防止内部容器113的热传递到外部容器111。隔热材料的导热性可以比氧化铝(Al₂O₃)低。具体地，隔热材料可以是多孔陶瓷材料。

主室152可以包括基板保持件154和安装在基板保持件154上的基板156。真空容器152可以包括顶板153。顶板153可以是真空容器152的盖子。顶板153可以由金属或金属-合金形成。顶板153可以设置在x-y平面上。顶板153可以具有冷却剂在其中流动的流动通道。

外部容器111可以由石英、氧化铝、蓝宝石或陶瓷形成。优选地，外部容器111可以是氧化铝(Al₂O₃)。外部容器111可以包括圆筒部111a和从圆筒部111a的底表面向圆筒部111a的中心轴方向延伸的垫圈状基部111b。内部容器113的底表面可以经由隔热部件119安装在基部111b上。基部111b的底表面可以通过O形环与主室152的顶板153保持真空。圆筒部111a的顶表面可以通过O形环与外部容器顶板115保持真空。

隔热部件119的导热性可以比氧化铝或石英低。具体地，隔热材料可以是多孔陶瓷材料。隔热部件119可以是在基部111b和内部容器113的底表面之间设置的环形部件。

外部容器顶板115可以由盘形导电材料形成。外部容器顶板115可以具有冷却剂可以在其中流动的流动通道115b。处理气体入口115a可以在外部容器顶板115的中心形成。

内部容器113可以由介电材料形成并具有杯形。内部容器113可以由石英、氧化铝、蓝宝石或陶瓷形成。优选地，内部容器113可以由石英形成。

内部容器113可以设置在外部容器111的内部并与外部容器111隔开预定距离d。内部容器顶板113a可以具有多个通孔113b。通孔113b可以以一定间隔配置在具有固定半径的圆周上。可以在内部容器顶板113a和外部容器顶板115的底表面之间形成有气体缓冲空间117。处理气体可以通过处理气体入口115a提供到气体缓冲空间117，并且在气体缓冲空间117中积聚的处理气体可以经由通孔113b分配以注入到内部容器113中。内部容器113和外部容器111之间的距离d可以为几毫米(mm)。更具体地，内部容器113和外部容器111之间的距离d可以为2～4mm。

永磁体112可以配置成在内部容器113的中心轴方向上间隔开并可以在其中在中心轴方向上建立静磁场。具体地，永磁体112可以具有环形。永磁体112的磁化方向可以为z轴方向(内部容器113的中心轴方向)。因此，可以在内部容器113内建立z轴方向上的静磁场。永磁体112可以具有面包圈形状或环形。永磁体112的断面可以为方形或圆形。

感应线圈114可以设置成缠绕外部容器111。感应线圈114可以是具有圆筒形状或方形管形状的导电管。冷却剂可以流入感应线圈114中。感应线圈114的绕组的数量可以为三匝。感应线圈114的一端可以接地，并且其另一端可以与第一电力分配单元120连接。

内部容器顶板113可以反射螺旋波以引起强化干涉。内部容器113的长度可以为几厘米(cm)至几十cm。内部容器113的长度可以由内部容器113中的磁通密度强度B₀、等离子体密度n₀、在感应线圈114中流动的RF电流的频率f确定。

假设半径为R并且内部容器113中的等离子体是均匀的，那么对于其中m＝0的螺旋波模式，在内部容器113的壁上的径向电流密度为零。内部容器113的长度(L/2＝π/kz)相当于螺旋波的波长的一半并由下式表示(kz为螺旋波的波数)。

式(1)

其中e表示电子的电荷量，B₀表示磁通密度强度，μ₀表示磁导率，ω表示角频率，并且n₀表示等离子体密度。当频率f为13.56MHz、B₀为90高斯并且n₀为4×10¹²cm^-3时，L可以为11.3cm。

感应线圈114可以与永磁体112的静磁场结合以在几mTorr的低压下产生螺旋波等离子体。当内部容器113的压力为几十mTorr以上时，可以产生感应耦合等离子体，而与永磁体无关。

第一电力分配单元120可以将通过第一阻抗匹配网络163接收的电力分配到第一组中串联连接的螺旋波等离子体模块。第一电力分配单元120可以包括第一电力分配线122c和覆盖第一电力分配线122c并接地的第一导电外盖122a。第一电力分配单元120的输入端子N1和第一组中的螺旋波等离子体模块之间的各距离可以彼此相等。第一绝缘部分可以介于第一电力分配线122c和第一导电外盖122a之间。第一电力分配单元120可以具有呈对称性的同轴电缆结构以将电力均等地分配到串联连接的各个负载。因此，第一电力分配单元120的输出端子和输出端子之间的各距离可以彼此相等。第一电力分配线122c可以由导电管形成并且可以允许冷却剂在其中流动。

第一电力分配单元120可以包括从第一RF电源162接收电力的同轴电缆型输入分支123、与输入分支123连接并在三个方向分岔开的同轴电缆型三路分支124以及与三路分支124连接并在两个方向上分岔开的同轴电缆型T形分支125。

输入分支123可以具有圆筒形状。输入分支123可以具有同轴电缆结构。输入分支123可以包括圆筒形内部导体123c、覆盖内部导体123c的圆筒形绝缘体123b和覆盖绝缘体123b的圆筒形外部导体123a。冷却剂可以在内部导体123c中流动。

输入分支123的一端可以与第一阻抗匹配网络163连接，并且其另一端可以与以120°的间隔分岔开的三路分支124连接。三路分支124可以具有沿着轴线切割的方形管形状。三路分支124可以设置在沿着z轴方向与顶板间隔开的x-y平面上。三路分支124可以具有同轴电缆结构。三路分支124可以包括圆筒形内部导体124c、覆盖内部导体124c的具有切割方形管形状的绝缘体124b和覆盖绝缘体124b的具有切割方形管形状的外部导体124a。通过输入分支123的内部导体123c提供的冷却剂可以流入三路分支124的内部导体124c。

T形分支125可以与三路分支124连接以将电力分配到两个方向。各T形分支125可以具有切割方形管的形状。各T形分支125可以具有同轴电缆结构。各T形分支125可以包括圆筒形内部导体125c、覆盖内部导体125c的绝缘体125b以及覆盖绝缘体125b的外部导体125a。冷却剂可以流入内部导体125c。T形分支125可以具有相同长度的臂。

各T形分支125可以将电力供给到一对螺旋波等离子体模块。T形分支125可以具有相同的形状。内部导体125c可以依次连接到感应线圈114以同时提供电力和冷却剂。通过T形分支125的内部导体125c提供的冷却剂可以流入T形分支125的内部导体125c。

固定板118可以固定感应线圈114并且可以固定到顶板153上。固定板118的一端可以与感应线圈114的一端连接以接地。固定板118的另一端可以与接地线119的一端连接以接地。

接地线119可以将固定板118和T形分支125的外部导体125a彼此连接。接地线119的一端可以与固定板118的另一端连接，并且接地线119的另一端可以与T形分支125的外部导体125a连接。各接地线119的长度可以彼此相等。因此，各感应线圈114可以具有相同的阻抗。

气体分配单元172可以将气体供给到内部容器。气体分配单元172可以具有与第一电力分配单元120相似的结构并且可以将气体均匀地分配到螺旋波等离子体模块。气体分配单元172可以形成为相对于第一组中的外部容器顶板115具有相同的长度。具体地，气体分配单元172可以在其中心具有相同的角度差并且可以包括五路分支。五路分支可以在z轴方向上具有两个分支，两个分支中的一个用作输入并且另一个用作输出。在五路分支的x-y平面上的三个分支用作输出，并且输出可以以T形分岔开。因此，将以T形分岔开的六个输出提供到第一组中的螺旋波等离子体模块。将在z轴方向上的分支的输出提供到第二组中的螺旋波等离子体模块。

移动部140可以固定地连接到顶板153。移动部140可以包括垂直于其上设置有电介质管的平面(x-y平面)延伸的至少一个支柱142。永磁体固定板141可以插入支柱142中以沿着支柱142移动。通孔143可以在永磁体固定板141的中心形成。输入分支123可以经由通孔143与第一阻抗匹配网络163连接。

永磁体固定板141可以是用于固定永磁体112的部件。永磁体112可以配置成在z轴方向上与感应线圈114对齐。永磁体112可以插入永磁体固定板141中以固定到其上。移动部140可以调节内部容器中磁通密度的强度B₀以产生螺旋波模式。例如，移动部140可以移动使得磁通密度的强度B₀与等离子体密度n₀的比率(B₀/n₀)相对于给定条件L、ω和R是恒定的。因此，可以产生均匀的等离子体。

图6a是根据本公开示例性实施方案的螺旋波等离子体模块的断面图。

图6b是图6a中的内部容器和外部容器的分解立体图。

参照图6a和图6b，螺旋波等离子体模块210a包括安装成围绕在构造成进行处理的主室的顶板153上形成的通孔101突出、由介电材料形成并具有圆筒形状的外部容器211；在外部容器211的中心轴方向上间隔配置并在外部容器211的内部在中心轴方向上建立静磁场的永磁体112；由介电材料形成、与外部容器211隔开预定距离、配置在外部容器211的内部并包括内部容器顶板213a的杯形内部容器213；设置成缠绕外部容器211的感应线圈114；和由导体形成、从外部接收处理气体并安装在外部容器211的顶表面上的外部容器顶板115。内部容器顶板213a具有多个通孔213b。在内部容器顶板213a和外部容器顶板115的底表面之间形成有气体缓冲空间117。在气体缓冲空间117中积聚的处理气体通过内部容器顶板213a的通孔213b提供到内部容器213的内部空间以产生等离子体。

外部容器211可以包括圆筒部211a和从圆筒部211a的底表面向圆筒部211a的中心轴方向延伸的垫圈状基部211b。基部211b的底表面可以通过O形环与主室的顶板153保持真空。圆筒部211a的顶表面可以通过O形环与外部容器顶板115保持真空。热反射部11可以涂布在外部容器211的内侧表面上。热反射部11可以具有环形、梳形或条纹形。热反射部11可以涂布在圆筒部211a的内部上侧表面和内部下侧表面上。因此，热反射部11可以反射辐射热。

内部容器213可以设置在外部容器211的内部并与外部容器211隔开预定距离d。内部容器顶板213a可以具有多个通孔。通孔可以以一定间隔配置在具有固定半径的圆周上。可以在内部容器顶板213a和外部容器顶板115的底表面之间形成有气体缓冲空间117。处理气体可以通过处理气体入口115a提供到气体缓冲空间117，并且在气体缓冲空间117中积聚的处理气体可以经由通孔分配以注入内部容器213中。在气体缓冲空间117中积聚的处理气体可以流过在外部容器211的侧表面和内部容器213的侧表面之间的空间并且可以通过在内部容器213的下部形成的沟槽213b提供到内部容器213中。可以在内部容器213的底表面上沿着圆周以一定间隔形成锯齿形式的沟槽213b。沟槽213b可以减少内部容器213和外部容器211之间的接触面积。处理气体可以将内部容器213和外部容器211冷却。

图7示出了根据本公开另一个示例性实施方案的螺旋波等离子体模块。

参照图7，螺旋波等离子体模块310a包括安装成围绕在构造成进行处理的主室的顶板153上形成的通孔101突出、由介电材料形成并具有圆筒形状的外部容器311；在外部容器311的中心轴方向上间隔配置并在外部容器311的内部在中心轴方向上建立静磁场的永磁体112；由介电材料形成、与外部容器311隔开预定距离、配置在外部容器311的内部并包括内部容器顶板113a的杯形内部容器113；设置成缠绕外部容器311的感应线圈114；和由导体形成、从外部接收处理气体并安装在外部容器311的顶表面上的外部容器顶板315。内部容器顶板113a具有多个通孔113b。在内部容器顶板113a和外部容器顶板315的底表面之间形成有气体缓冲空间317。在气体缓冲空间317中积聚的处理气体通过内部容器顶板113a的通孔113b提供到内部容器113的内部空间以产生等离子体。

外部容器311包括圆筒部311a和从圆筒部311a的底表面向圆筒部311a的中心轴方向突出的垫圈状基部311b。基部311b可以包括高度随着半径的增大而增大的倾斜部311c，并且内部容器113的底侧表面可以安装在倾斜部311c上。因此，外部容器311和内部容器113沿着圆周线彼此接触。因此，可以将热传递最小化。

基部311b的底表面可以通过O形环与主室的顶板153保持真空。圆筒部311a的顶表面可以通过O形环与外部容器顶板315保持真空。热反射部11可以涂布在外部容器311的内侧表面上。热反射部11可以具有环形、梳形或条纹形。热反射部11可以涂布在内部圆筒部311a的内部上侧表面和内部下侧表面上。因此，热反射部11可以反射辐射热。

外部容器顶板315可以由盘形导电材料形成。外部容器顶板315可以具有冷却剂可以在其中流动的流动通道315b。处理气体入口315a可以在外部容器顶板315的中心形成。

外部容器顶板315可以包括与外部容器311的顶表面结合的外凹部315c、与内部容器113的顶表面结合并随着半径减小而与凹部315c依次连接的突出的垫圈状突起315d以及随着半径减小而与突起315d依次连接并提供气体缓冲空间317的内凹部315e。突起315d可以与内部容器113的顶表面接触以防止气体缓冲空间中储存的气体流到内部容器侧表面和外部容器侧表面之间的间隙。

内部容器113可以设置在外部容器311的内部并与外部容器311间隔开距离d。内部容器顶板113a可以具有多个通孔113b。通孔113b可以以一定间隔配置在具有固定半径的圆周上。可以在内部容器顶板113a和外部容器顶板315的底表面之间形成有气体缓冲空间317。处理气体可以通过处理气体入口315a提供到气体缓冲空间317。在气体缓冲空间317中积聚的处理气体可以经由通孔113b分配以注入内部容器113中。

图8示出了根据本公开另一个示例性实施方案的螺旋波等离子体模块。

参照图8，螺旋波等离子体模块410a包括安装成围绕在构造成进行处理的主室的顶板153上形成的通孔101突出、由介电材料形成并具有圆筒形状的外部容器411；在外部容器411的中心轴方向上间隔配置并在外部容器411的内部在中心轴方向上建立静磁场的永磁体112；由介电材料形成、与外部容器411隔开预定距离、配置在外部容器411的内部并包括内部容器顶板113a的杯形内部容器113；设置成缠绕外部容器411的感应线圈114；和由导体形成、从外部接收处理气体并安装在外部容器411的顶表面上的外部容器顶板415。内部容器顶板113a具有多个通孔113b。在内部容器顶板113a和外部容器顶板415的底表面之间形成有气体缓冲空间417。在气体缓冲空间417中积聚的处理气体通过内部容器顶板113a的通孔113b提供到内部容器113的内部空间以产生等离子体。

外部容器411包括圆筒部411a、在圆筒部411a上形成并接收冷却剂的输入口411d、在圆筒部411a上形成并输出冷却剂的输出口411e和从圆筒部411a的底表面向圆筒部411a的中心轴方向突出的垫圈状基部411b。基部411b包括高度随着半径的增大而增大的升高部411c，并且内部容器113的底表面安装在升高部411c上。内部容器113设置在升高部411c的内侧，并且确保了其中冷却剂可以通过其流到升高部411c的外侧的空间。基部411b的顶表面和内部容器113的底表面可以通过O形环密封。基部411b的底表面可以通过O形环与主室的顶板153保持真空。圆筒部411a的顶表面可以通过O形环与外部容器顶板415密封。

外部容器顶板415可以由盘形导电材料形成。外部容器顶板415可以具有冷却剂可以在其中流动的流动通道415b。处理气体入口415a可以在外部容器顶板415的中心形成。

外部容器顶板415可以包括与外部容器411的顶表面结合的外凹部415c、与内部容器113的顶表面结合并随着半径减小而与凹部415c依次连接的突出的垫圈状突起415d以及随着半径减小而与突起415d依次连接并提供气体缓冲空间417的内凹部415e。突起415d可以通过O形环与内部容器113的顶表面密封。

内部容器113可以设置在外部容器411的内部并与外部容器411间隔开距离d。内部容器顶板113a可以具有多个通孔113b。通孔113b可以以一定间隔配置在具有固定半径的圆周上。可以在内部容器顶板113a和外部容器顶板415的底表面之间形成有气体缓冲空间417。处理气体可以通过处理气体入口415a提供到气体缓冲空间417。在气体缓冲空间417中积聚的处理气体可以经由通孔113b分配以注入内部容器113中。

图9示出了根据本公开另一个示例性实施方案的螺旋波等离子体模块。

参照图9，螺旋波等离子体模块510a包括安装成围绕在构造成进行处理的主室的顶板153上形成的通孔101突出、由介电材料形成并具有圆筒形状的外部容器511；在外部容器511的中心轴方向上间隔配置并在外部容器511的内部在中心轴方向上建立静磁场的永磁体112；由介电材料形成、与外部容器511隔开预定距离、配置在外部容器511的内部并包括内部容器顶板113a的杯形内部容器113；设置成缠绕外部容器511的感应线圈114；和由导体形成、从外部接收处理气体并安装在外部容器511的顶表面上的外部容器顶板515。内部容器顶板113a具有多个通孔113b。在内部容器顶板113a和外部容器顶板515的底表面之间形成有气体缓冲空间517。在气体缓冲空间517中积聚的处理气体通过内部容器顶板113a的通孔113b提供到内部容器113的内部空间以产生等离子体。

外部容器511包括圆筒部511a和从圆筒部511a的底表面向圆筒部511a的中心轴方向突出的垫圈状基部511b。基部511b包括高度随着半径的增大而迅速增大的升高部511c，并且内部容器113的底表面安装在升高部511c上。内部容器113设置在升高部511c的内侧，并且确保了其中冷却剂可以通过其流到升高部511c的外侧的空间。基部511b的顶表面和内部容器113的底表面可以通过O形环密封。基部511b的底表面可以通过O形环与主室的顶板153保持真空。圆筒部511a的顶表面可以通过O形环与外部容器顶板515密封。

外部容器顶板515可以由盘形导电材料形成。外部容器顶板515可以具有冷却剂可以在其中流动的流动通道515b。处理气体入口515a可以在外部容器顶板515的中心形成。

外部容器顶板515可以包括与外部容器511的顶表面结合的外凹部515c、与外凹部515c连接并接收冷却剂的输入通孔515f、与外凹部515c连接并接收冷却剂的输出通孔515g、与内部容器113的顶表面结合并随着半径减小而与外凹部515c依次连接的突出的垫圈状突起515d以及随着半径减小而与突起515d依次连接并提供气体缓冲空间517的内凹部515e。突起515d可以通过O形环与内部容器113的顶表面密封。

内部容器113可以设置在外部容器411的内部并与外部容器511间隔开距离d。内部容器顶板113a可以具有多个通孔113b。通孔113b可以以一定间隔配置在具有固定半径的圆周上。可以在内部容器顶板113a和外部容器顶板515的底表面之间形成有气体缓冲空间517。处理气体可以通过处理气体入口115a提供到气体缓冲空间517。在气体缓冲空间517中积聚的处理气体可以经由通孔113b分配以注入内部容器113中。

图10示出了根据本公开另一个示例性实施方案的螺旋波等离子体模块。

参照图10，螺旋波等离子体模块610a包括安装成围绕在构造成进行处理的主室的顶板153上形成的通孔101突出、由介电材料形成并具有圆筒形状的外部容器111；在外部容器111的中心轴方向上间隔配置并在外部容器111的内部在中心轴方向上建立静磁场的永磁体112；由介电材料形成、与外部容器111隔开预定距离、配置在外部容器111的内部并包括内部容器顶板113a的杯形内部容器113；设置成缠绕外部容器111的感应线圈114；和由导体形成、从外部接收处理气体并安装在外部容器111的顶表面上的外部容器顶板615。内部容器顶板113a具有多个通孔113b。在内部容器顶板113a和外部容器顶板615的底表面之间形成有气体缓冲空间117。在气体缓冲空间617中积聚的处理气体通过内部容器顶板113a的通孔113b提供到内部容器113的内部空间以产生等离子体。

外部容器111可以包括圆筒部111a和从圆筒部111a的底表面向圆筒部111a的中心轴方向延伸的垫圈状基部111b。基部111b的底表面可以通过O形环与主室的顶板153保持真空。

内部容器113可以设置在外部容器111的内部并与外部容器111间隔开距离d。内部容器顶板113a可以具有多个通孔113b。通孔113b可以以一定间隔配置在具有固定半径的圆周上。可以在内部容器顶板113a和外部容器顶板115的底表面之间形成有气体缓冲空间117。处理气体可以通过处理气体入口115a提供到气体缓冲空间117。在气体缓冲空间117中积聚的处理气体可以经由通孔113b分配以注入内部容器113中。

中间容器13可以设置在外部容器111和内部容器113之间。中间容器13可以由石英、氧化铝、蓝宝石或陶瓷形成。优选地，中间容器13可以由石英形成。

图11示出了根据本公开另一个示例性实施方案的等离子体产生装置。

参照图11，等离子体产生装置100a包括构造成在外部静磁场中产生螺旋波等离子体的多个螺旋波等离子体模块110a～110f和一个感应耦合等离子体模块。等离子体产生装置100a还包括构造成接收在多个螺旋波等离子体模块110a～110f和一个感应耦合等离子体模块上产生的等离子体以处理单个基板156的主室152。

螺旋波等离子体模块110a～110f中的每个都包括安装成围绕在主室152的顶板153上形成的通孔101突出、由介电材料形成并具有圆筒形状的外部容器111；在外部容器111的中心轴方向上间隔配置并在外部容器111的内部在中心轴方向上建立静磁场的永磁体112；由介电材料形成、与外部容器111隔开预定距离、配置在外部容器111的内部并包括内部容器顶板113a的杯形内部容器113；设置成缠绕外部容器111的感应线圈114；和由导体形成、从外部接收处理气体并安装在外部容器111的顶表面上的外部容器顶板115。在内部容器顶板113a和外部容器顶板115的底表面之间形成有气体缓冲空间117。在气体缓冲空间117中积聚的处理气体通过内部容器顶板113a的通孔113b提供到内部容器113的内部空间。提供到内部空间的处理气体产生等离子体。

感应耦合等离子体模块310设置在主室152的顶板153的中心并且不具有在其中建立静磁场的部分。除了用于产生静磁场的部件(永磁体)之外，感应耦合等离子体模块310可以与螺旋波等离子体模块相同或相似。如果设置在顶板153的中心的感应耦合等离子体模块包括永磁体，那么在主室152的中心的等离子体密度可能过度增加而使等离子体均匀性劣化。因此，设置在主室310的中心的感应耦合等离子体模块可以产生低密度等离子体并且在相邻的螺旋波等离子体模块上产生的等离子体可以扩散到室的中心区域。因此，可以提高总体等离子体密度均匀性。

感应耦合等离子体模块310包括安装成围绕在主室152的顶板153上形成的通孔101突出、由介电材料形成并具有圆筒形状的外部容器111；由介电材料形成、与外部容器111隔开预定距离、配置在外部容器111的内部并包括内部容器顶板的杯形内部容器113；设置成缠绕外部容器111的感应线圈114；和由导体形成、从外部接收处理气体并安装在外部容器111的顶表面上的外部容器顶板115。内部容器顶板具有多个通孔。在内部容器顶板和外部容器顶板115的底表面之间形成有气体缓冲空间117。在气体缓冲空间中积聚的处理气体经由内部容器顶板的通孔提供到内部容器113的内部空间以产生等离子体。

根据本公开的变形实施方案，设置在主室的中心的感应耦合等离子体模块可以具有单个容器结构，而不是双容器结构。

尽管详细说明了本公开及其优点，但是应当理解的是，在不脱离所附权利要求书限定的本公开精神和范围的情况下，可以进行各种修改、替换和改变。