RU2196395C1 - Plasma reactor and plasma generating device (alternatives) - Google Patents
Plasma reactor and plasma generating device (alternatives) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2196395C1 RU2196395C1 RU2001114393A RU2001114393A RU2196395C1 RU 2196395 C1 RU2196395 C1 RU 2196395C1 RU 2001114393 A RU2001114393 A RU 2001114393A RU 2001114393 A RU2001114393 A RU 2001114393A RU 2196395 C1 RU2196395 C1 RU 2196395C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge chamber
- section
- sections
- plasma
- chamber
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3266—Magnetic control means
Abstract
Description
Группа изобретений относится к плазменной технике и технологии обработки материалов. Изобретения могут использоваться в различных технологических процессах, для которых требуется генерация однородной плазмы высокой плотности, а также в источниках заряженных частиц, применяемых для травления материалов, нанесения покрытий, ионного ассистирования, ионной имплантации и выполнения других операций, связанных с модификацией обрабатываемых поверхностей. The group of inventions relates to plasma technology and material processing technology. The inventions can be used in various technological processes that require the generation of a uniform high-density plasma, as well as in the sources of charged particles used for etching materials, coating, ion assisting, ion implantation and other operations associated with the modification of the treated surfaces.
В настоящее время известны различные типы плазменных реакторов и входящих в их состав устройств, предназначенных для генерации плазмы. Наиболее широкое применение в последние годы получили плазменные реакторы, основанные на использовании высокочастотного возбуждения газового разряда. К таким устройствам, например, относится плазменный реактор, описанный в международной заявке WO 91/10341 (МПК Н 05 Н 1/24, Н 05 Н 1/46, опубл. 11.07.1991). Известный плазменный реактор содержит осесимметричную разрядную камеру, на боковой стенке которой установлен индуктор, подключенный к первому источнику ВЧ-напряжения. В камере плазменной обработки материалов помещен массивный электрод, подключенный ко второму источнику ВЧ-напряжения. На верхней торцевой стенке разрядной камеры реактора установлена магнитная система, выполненная в виде параллельных сборок постоянных магнитов, обеспечивающих создание в полости камеры неоднородное стационарное магнитное поле, спадающее от стенок камеры к ее центральной части. Данное выполнение магнитной системы позволяет снизить потери вводимой в разрядный объем высокочастотной энергии за счет магнитной изоляции стенок разрядной камеры. Кроме того, взаимодействие стационарного магнитного поля и высокочастотного электрического поля повышает эффективность ионизации рабочего газа за счет дрейфа электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях. Для создания магнитного поля в таком реакторе может применяться электромагнитная катушка, подключенная к источнику постоянного напряжения, и внешний магнитопровод. Реактор содержит также газораспределитель и систему отбора газа из камеры плазменной обработки. Известный плазменный реактор позволяет повысить в какой-то мере пространственную однородность плазменного образования, служащего источником ионов и радикалов для обработки материалов. Currently, various types of plasma reactors and their constituent devices for generating plasma are known. In recent years, the most widely used plasma reactors based on the use of high-frequency excitation of a gas discharge. Such devices, for example, include a plasma reactor described in international application WO 91/10341 (IPC N 05
Известны также устройства для генерации пространственно однородной плазмы, включающие в свой состав разрядную камеру, на стенках которой размещается узел ввода высокочастотной энергии, выполненный, в частности, в виде индуктора, и магнитную систему, создающую в полости камеры неоднородное стационарное магнитное поле, спадающее в направлении от стенок камеры к ее центральной части (см., например, международную заявку WO 94/06263, МПК Н 05 Н 1/46, опубл. 17.03.1994). Also known are devices for generating a spatially homogeneous plasma, including a discharge chamber, on the walls of which there is a high-frequency energy input unit, made, in particular, in the form of an inductor, and a magnetic system that creates an inhomogeneous stationary magnetic field in the chamber cavity that decreases in the direction from the walls of the chamber to its central part (see, for example, international application WO 94/06263, IPC H 05
Для повышения однородности генерируемой плазмы применяют также узлы ввода высокочастотной энергии, образованные изогнутыми участками электрического проводника, которые последовательно соединяются друг с другом замыкающими элементами и подключаются к ВЧ-генератору (см., например, европейскую заявку ЕР 0648069 А1, МПК Н 05 Н 1/46, H 01 J 37/32, опубл. 12.04.1995). Такой узел ввода энергии может размещаться в разрядном объеме в области спадающего стационарного магнитного поля. При таком расположении узел ввода разделяет разрядную камеру на два объема с раздельной подачей рабочего газа. В каждом из разрядных объемов генерируется газоразрядная плазма с равномерным распределением концентрации заряженных частиц. Однако такое конструктивное выполнение обладает существенными недостатками, связанными со сложностью конструкции, сложностью системы электропитания и системы подачи газа. To increase the uniformity of the generated plasma, high-frequency energy input nodes are also used, formed by curved sections of the electrical conductor, which are connected in series with each other by closing elements and connected to an RF generator (see, for example, European application EP 0648069 A1, IPC Н 05
Многие технические решения направлены на модификацию узла ввода высокочастотной энергии с целью повышения равномерности распределения концентрации заряженных частиц в газоразрядной плазме, т.е. для повышения пространственной однородности плазменного образования. Так, например, из европейской заявки ЕР 0710055 А1 (МПК Н 05 Н 1/46, H 01 J 37/32, опубл. 01.05.1996) известен плазменный реактор, в котором узел ввода высокочастотной энергии выполнен в виде изогнутых в форме многозаходной спирали электрических проводников. Такой узел устанавливается на торцевой стенке разрядной камеры плазменного реактора, выполненной из диэлектрического материала. При этом все электрические проводники соединены в центральной точке, которая находится под потенциалом земли, а периферийные части проводников параллельно подключены к первому ВЧ-генератору. Кроме того, обрабатываемый материал (подложка) устанавливается на электроде, подключенном ко второму ВЧ-генератору. Использование такого узла ввода высокочастотной энергии способствует повышению равномерности распределения высокочастотного электрического поля по объему газоразрядной плазмы. В состав узла ввода высокочастотной энергии может входить дополнительная (вторая) секция, выполненная в виде индуктора в форме многозаходной спирали, который последовательно подключен к соответствующим виткам первой секции. Many technical solutions are aimed at modifying the high-frequency energy input unit in order to increase the uniformity of the distribution of the concentration of charged particles in a gas-discharge plasma, i.e. to increase the spatial uniformity of the plasma formation. So, for example, from the European application EP 0710055 A1 (IPC H 05
Наиболее близким аналогом по отношению к первому варианту патентуемого плазменного реактора и устройства для генерации плазмы, входящего в состав реактора, являются соответствующие реактор и устройство, описанные в европейской заявке ЕР 0633713 А1 (МПК Н 05 Н 1/46, H 01 J 37/32, опубл. 11.01.1995). Известный плазменный реактор содержит разрядную камеру с газораспределителем, камеру плазменной обработки материала в виде подложки, магнитную систему, создающую в полости камеры стационарное неоднородное магнитное поле, и узел ввода высокочастотной энергии с секцией, выполненной в виде последовательно соединенных участков электрического проводника. Секция узла ввода энергии установлена с внешней стороны диэлектрической стенки разрядной камеры. При этом участки электрического проводника секции узла ввода энергии соединены таким образом, что ток в размещенных напротив друг друга участках электрического проводника имеет противоположное направление. Электрические вводы узла ввода энергии соединены через систему согласования с источником ВЧ-напряжения. Данное техническое решение, хотя и позволяет частично повысить равномерность распределения концентрации заряженных частиц в центральной части разрядной камеры, расположенной напротив обрабатываемой подложки, однако пространственная однородность генерируемой с помощью такого устройства газоразрядной плазмы не достаточна для обработки подложек большого диаметра (до 300 мм и более) и больших объемов газообразного рабочего вещества. Это связано с неэффективным использованием пристеночной области разрядной камеры, в которой индукция магнитного поля имеет максимальное значение, а величина высокочастотного электрического поля минимальна. Данный недостаток особенно ярко проявляется при использовании разрядной камеры с протяженными боковыми стенками. The closest analogue to the first embodiment of the patented plasma reactor and plasma generating device included in the reactor are the corresponding reactor and device described in European application EP 0633713 A1 (IPC H 05
Наиболее близким аналогом по отношению ко второму варианту патентуемого плазменного реактора и устройства для генерации плазмы, входящего в состав реактора, являются соответствующие реактор и устройство, описанные в европейской заявке ЕР 0727923 А1 (МПК Н 05 Н 1/46, H 01 J 37/32, опубл. 21.08.1996). Известный плазменный ректор содержит разрядную камеру с газораспределителем, камеру обработки материала, магнитную систему, создающую в полости камеры стационарное неоднородное магнитное поле, и узел ввода высокочастотной энергии, состоящий из двух и более секций. Секции узла ввода энергии выполнены в виде изогнутых в форме многозаходных спиралей электрических проводников. При этом первая секция узла ввода энергии последовательно соединена со второй секцией, а каждая секция подключена к соответствующему источнику ВЧ-напряжения (см. фиг.20 европейской заявки ЕР 0727923). Первая секция узла ввода энергии устанавливается над центральной частью разрядной камеры, а вторая секция - вокруг первой секции. Источники ВЧ-напряжения, подключаемые к устройству для генерации плазмы, выполнены с возможностью изменения частоты напряжения. Данное техническое решение направлено на эффективное использование подводимой электрической энергии за счет подстройки оптимальной частоты источников ВЧ-напряжения в процессе нагрева газоразрядной плазмы и, соответственно, изменения собственной частоты плазмы (плазменных колебаний). При этом, как в выбранном прототипе, так и в других аналогах изобретения не решена задача, связанная с существенным повышением пространственной однородности газоразрядной плазмы для разрядных камер, характерные размеры которых превышают 300 мм. Для равномерной плазменной обработки материалов требуется высокая однородность плазмы по величине концентрации и величине средней энергии заряженных частиц, которая не должна быть более 10% вдоль размера обрабатываемой подложки или размера разрядной камеры. The closest analogue to the second embodiment of the patented plasma reactor and plasma generating device included in the reactor are the corresponding reactor and device described in European application EP 0727923 A1 (IPC H 05
Патентуемые изобретения направлены на решение технической задачи, связанной с генерацией пространственно однородных по плотности заряженных частиц плазменных образований, обладающих высокой плотностью и достаточными для обработки изделий и материалов пространственными размерами. Решение данной задачи связано с созданием плазменных реакторов и входящих в их состав устройств, предназначенных для генерации плазмы. Такие устройства должны обеспечивать равномерное распределение заряженных частиц в объеме плазмы при работе как на инертных газах, так и на химически активных газах. Указанная техническая задача определяет достижение следующих технических результатов: для патентуемого плазменного реактора достигаемым техническим результатом является повышение равномерности обработки материалов по площади обрабатываемой поверхности, а для патентуемого устройства для генерации плазмы - повышение пространственной однородности генерируемой плазмы по концентрации и средней энергии заряженных частиц. Patented inventions are aimed at solving a technical problem associated with the generation of spatially uniform density particles of charged plasma formations having a high density and spatial dimensions sufficient for processing products and materials. The solution to this problem is associated with the creation of plasma reactors and their constituent devices designed to generate plasma. Such devices should ensure uniform distribution of charged particles in the plasma volume when operating on both inert gases and chemically active gases. The specified technical task determines the achievement of the following technical results: for the patentable plasma reactor, the technical result achieved is to increase the uniformity of processing of materials over the surface area to be treated, and for the patented plasma generation device, to increase the spatial uniformity of the generated plasma in concentration and average energy of charged particles.
Достижение указанного выше технического результата обеспечивается с помощью плазменного реактора, выполненного согласно первому варианту изобретения, который содержит разрядную камеру с газораспределителем, камеру обработки вещества, магнитную систему, создающую в полости камеры стационарное неоднородное магнитное поле, и узел ввода высокочастотной энергии с первой секцией, выполненной в виде последовательно соединенных участков электрического проводника. При этом участки проводника расположены с внешней стороны, по меньшей мере, одной диэлектрической стенки разрядной камеры и соединены таким образом, что ток в размещенных напротив друг друга участках электрического проводника имеет противоположное направление. Кроме того, согласно настоящему изобретению узел ввода высокочастотной энергии содержит вторую секцию, выполненную в виде спирально изогнутого электрического проводника. Вторая секция размещена с внешней стороны разрядной камеры на одной или нескольких ее диэлектрических стенках, а первая секция установлена над центральной частью разрядной камеры, а вторая секция - вокруг первой секции. The achievement of the above technical result is achieved using a plasma reactor made according to the first embodiment of the invention, which contains a discharge chamber with a gas distributor, a substance treatment chamber, a magnetic system that creates a stationary inhomogeneous magnetic field in the chamber cavity, and a high-frequency energy input unit with a first section made in the form of series-connected sections of the electrical conductor. The sections of the conductor are located on the outside of the at least one dielectric wall of the discharge chamber and are connected in such a way that the current in opposite sections of the electrical conductor has the opposite direction. In addition, according to the present invention, the high-frequency energy input unit comprises a second section made in the form of a spirally curved electrical conductor. The second section is located on the outside of the discharge chamber on one or more of its dielectric walls, and the first section is mounted above the central part of the discharge chamber, and the second section is around the first section.
Такое конструктивное выполнение узла ввода высокочастотной энергии плазменного реактора обеспечивает равномерный нагрев электронной компоненты во всем объеме газоразрядной плазмы, ограниченной стенками разрядной камеры. Первая секция узла ввода энергии обеспечивает нагрев электронов в центральной области разрядной камеры за счет возбуждения собственных плазменных волн в газоразрядной плазме, находящейся в стационарном неоднородном магнитном поле. Вторая секция узла ввода энергии позволяет осуществить индукционный нагрев электронов в периферийных областях газоразрядной плазмы, ограниченной боковыми стенками разрядной камеры. При этом равномерный нагрев газоразрядной плазмы во всем объеме разрядной камеры обеспечивает соответствующее равномерное пространственное распределение электронов по величине концентрации и средней энергии. Следует отметить, что совмещение в одном устройстве возможности нагрева плазмы в центральной части разрядной камеры посредством возбуждения собственных плазменных волн и одновременно возможности индукционного нагрева периферийных областей плазмы принципиально отличает патентуемые устройства от известных устройств с многосекционными узлами ввода высокочастотной энергии. В традиционно применяемых средствах равномерного высокочастотного нагрева газоразрядной плазмы используются секции, выполненные в виде индукторов, осуществляющих нагрев плазмы лишь в ограниченных областях разрядного объема. В патентуемых устройствах одновременное использование механизма нагрева за счет возбуждения собственных волн и индукционного нагрева существенно увеличивает объем плазмы с величиной концентрации заряженных частиц, отличающейся не более чем на 5%. Such a constructive implementation of the input site of the high-frequency energy of the plasma reactor provides uniform heating of the electronic component in the entire volume of the gas discharge plasma, limited by the walls of the discharge chamber. The first section of the energy input unit provides heating of electrons in the central region of the discharge chamber due to the excitation of intrinsic plasma waves in a gas discharge plasma located in a stationary inhomogeneous magnetic field. The second section of the energy input unit allows induction heating of electrons in the peripheral regions of the gas-discharge plasma, limited by the side walls of the discharge chamber. Moreover, uniform heating of the gas-discharge plasma in the entire volume of the discharge chamber provides a corresponding uniform spatial distribution of electrons in terms of concentration and average energy. It should be noted that combining in one device the possibility of heating the plasma in the central part of the discharge chamber by exciting its own plasma waves and at the same time the possibility of induction heating of the peripheral regions of the plasma fundamentally distinguishes patented devices from known devices with multi-section units for introducing high-frequency energy. In traditionally used means of uniform high-frequency heating of a gas-discharge plasma, sections are used made in the form of inductors that heat the plasma only in limited areas of the discharge volume. In patented devices, the simultaneous use of the heating mechanism due to the excitation of natural waves and induction heating significantly increases the plasma volume with the concentration of charged particles, which differs by no more than 5%.
Наилучшие результаты по однородности плазмы (по концентрации и средней энергии электронов) и, соответственно, по равномерности обработки поверхностей достигаются в случае последовательного соединения секций узла ввода высокочастотной энергии, которые подключаются к общему источнику ВЧ-напряжения. The best results in plasma uniformity (in concentration and average electron energy) and, consequently, in the uniformity of surface treatment are achieved when the sections of the RF input unit are connected in series, which are connected to a common RF voltage source.
Возможно также параллельное соединение между собой первой и второй секций узла ввода высокочастотной энергии. Секции узла ввода энергии могут быть независимо подключены к соответствующим высокочастотным генераторам. A parallel connection between the first and second sections of the high-frequency energy input unit is also possible. The sections of the energy input unit can be independently connected to the corresponding high-frequency generators.
Магнитная система плазменного реактора включает в свой состав, по меньшей мере, один источник магнитодвижущей силы, выполненный в виде электромагнитной катушки, установленной на боковой стенке разрядной камеры. The magnetic system of a plasma reactor includes at least one source of magnetomotive force, made in the form of an electromagnetic coil mounted on the side wall of the discharge chamber.
Магнитная система предпочтительно включает в свой состав, по меньшей мере, один дополнительный источник магнитодвижущей силы, выполненный в виде электромагнитной катушки, установленной на торцевой стенке разрядной камеры, на которой размещен узел ввода высокочастотной энергии. The magnetic system preferably includes at least one additional source of magnetomotive force, made in the form of an electromagnetic coil mounted on the end wall of the discharge chamber, on which the high-frequency energy input unit is located.
Магнитная система плазменного реактора может включать в свой состав, по меньшей мере, один источник магнитодвижущей силы, выполненный в виде одного или нескольких постоянных магнитов, установленных на боковой стенке разрядной камеры. The magnetic system of a plasma reactor can include at least one source of magnetomotive force, made in the form of one or more permanent magnets mounted on the side wall of the discharge chamber.
Кроме того, магнитная система может содержать, по меньшей мере, один источник магнитодвижущей силы и магнитопровод, при этом источник магнитодвижущей силы размещен между боковой стенкой камеры и магнитопроводом. In addition, the magnetic system may contain at least one source of magnetomotive force and a magnetic circuit, while the source of magnetomotive force is placed between the side wall of the chamber and the magnetic circuit.
Перечисленные варианты выполнения магнитной системы плазменного реактора в целом обеспечивают создание магнитного поля, величина индукции которого имеет максимальное значение у стенок разрядной камеры и спадает в направлении к центральной части разрядной камеры. Такое распределение магнитного поля необходимо для эффективного удержания электронов в разрядном объеме плазменного реактора. The listed embodiments of the magnetic system of the plasma reactor as a whole ensure the creation of a magnetic field, the magnitude of the induction of which has a maximum value at the walls of the discharge chamber and decreases towards the central part of the discharge chamber. Such a distribution of the magnetic field is necessary for the effective confinement of electrons in the discharge volume of the plasma reactor.
Достижение указанного выше технического результата обеспечивается с помощью устройства для генерации плазмы, которое является частью плазменного реактора и включает в свой состав аналогичные элементы конструкции, за исключением камеры для обработки вещества. Устройство, выполненное согласно настоящему изобретению, обеспечивает равномерный нагрев электронной компоненты во всем объеме разрядной камеры и вследствие этого высокую пространственную однородность плазменного образования (по концентрации заряженных частиц и по энергии частиц). The achievement of the above technical result is achieved using a device for generating plasma, which is part of a plasma reactor and includes similar structural elements, with the exception of the chamber for processing the substance. The device made according to the present invention provides uniform heating of the electronic component in the entire volume of the discharge chamber and, as a result, high spatial uniformity of the plasma formation (in the concentration of charged particles and in particle energy).
Достижение технического результата обеспечивается также помощью плазменного реактора, выполненного согласно второму варианту изобретения, который содержит разрядную камеру с газораспределителем, камеру обработки вещества, магнитную систему, создающую в полости разрядной камеры стационарное неоднородное магнитное поле, и узел ввода высокочастотной энергии, по меньшей мере, с двумя секциями. Каждая секция выполняется в виде изогнутого в форме спирали электрического проводника, витки которого расположены с внешней стороны, по меньшей мере, одной диэлектрической стенки разрядной камеры. Кроме того, согласно настоящему изобретению первая и вторая секции выполнены в форме противоположно направленных спиралей (например, в форме левой и правой спиралей). Причем первая секция установлена над центральной частью разрядной камеры, а вторая секция - вокруг первой секции. The achievement of the technical result is also achieved by using a plasma reactor made according to the second embodiment of the invention, which comprises a discharge chamber with a gas distributor, a substance treatment chamber, a magnetic system that creates a stationary inhomogeneous magnetic field in the cavity of the discharge chamber, and a high-frequency energy input unit, at least with in two sections. Each section is made in the form of a curved spiral-shaped electrical conductor, the turns of which are located on the outside of at least one dielectric wall of the discharge chamber. In addition, according to the present invention, the first and second sections are made in the form of oppositely directed spirals (for example, in the form of left and right spirals). Moreover, the first section is installed above the Central part of the discharge chamber, and the second section is around the first section.
Так же, как и в первом варианте исполнения плазменного реактора, первая секция узла ввода энергии обеспечивает нагрев электронов в центральной области разрядной камеры за счет возбуждения собственных плазменных волн в газоразрядной плазме, находящейся в стационарном неоднородном магнитном поле. Вторая секция узла ввода энергии позволяет осуществить индуктивный нагрев электронов в периферийных областях газоразрядной плазмы, ограниченной боковыми стенками разрядной камеры. Равномерный нагрев газоразрядной плазмы во всем объеме разрядной камеры обеспечивает соответствующее равномерное пространственное распределение электронов по концентрации и по величине средней энергии. As in the first embodiment of a plasma reactor, the first section of the energy input unit provides heating of electrons in the central region of the discharge chamber due to the excitation of intrinsic plasma waves in a gas-discharge plasma located in a stationary inhomogeneous magnetic field. The second section of the energy input unit allows for inductive heating of electrons in the peripheral regions of the gas-discharge plasma, limited by the side walls of the discharge chamber. Uniform heating of the gas-discharge plasma in the entire volume of the discharge chamber provides a corresponding uniform spatial distribution of electrons in concentration and average energy.
Совмещение в одном устройстве возможности нагрева плазмы в центральной части разрядной камеры посредством возбуждения собственных плазменных волн и одновременно возможности индукционного нагрева периферийных областей плазмы принципиально отличает плазменный реактор, выполненный согласно второму варианту изобретения, от известных устройств с многосекционными узлами ввода высокочастотной энергии в форме спиралей. В традиционно применяемых средствах равномерного высокочастотного нагрева газоразрядной плазмы используются секции, выполненные в виде индукторов в форме спирали, с помощью которых осуществляется нагрев плазмы лишь в ограниченных областях разрядного объема. В патентуемых устройствах (плазменном реакторе и устройстве для генерации плазмы) одновременное использование механизма нагрева за счет возбуждения собственных волн и индукционного нагрева существенно увеличивает объем плазмы с величиной концентрации заряженных частиц, изменяющейся не более чем на 5%. При этом возбуждение собственных плазменных волн реализуется при использовании секций узла ввода высокочастотной энергии в виде спирально изогнутых проводников, выполненных в форме противоположно направленных спиралей (например, первая секция в форме левой, а вторая - в форме правой спирали). Такое выполнение спирально изогнутых проводников позволяет возбуждать колебания в плазме при взаимодействии протекающих через них высокочастотных токов. The combination in one device of the possibility of heating the plasma in the central part of the discharge chamber by exciting its own plasma waves and simultaneously the possibility of induction heating of the peripheral regions of the plasma fundamentally distinguishes a plasma reactor made in accordance with the second embodiment of the invention from known devices with multisection units for introducing high-frequency energy in the form of spirals. In traditionally used means of uniform high-frequency heating of a gas-discharge plasma, sections are used made in the form of spiral inductors, with the help of which plasma is heated only in limited areas of the discharge volume. In patented devices (a plasma reactor and a device for generating plasma), the simultaneous use of a heating mechanism due to the excitation of natural waves and induction heating significantly increases the plasma volume with the concentration of charged particles changing by no more than 5%. In this case, the excitation of intrinsic plasma waves is realized by using sections of the high-frequency energy input unit in the form of spirally curved conductors made in the form of oppositely directed spirals (for example, the first section in the form of the left and the second in the form of the right spiral). This embodiment of helically bent conductors allows you to excite oscillations in the plasma during the interaction of high-frequency currents flowing through them.
Наилучшие результаты по однородности плазмы и, соответственно, по равномерности обработки поверхностей достигаются в случае последовательного соединения секций узла ввода высокочастотной энергии, которые подключаются к общему источнику ВЧ-напряжения. Возможно также параллельное соединение между собой первой и второй секций узла ввода высокочастотной энергии. Секции узла ввода энергии могут быть независимо подключены к соответствующим высокочастотным генераторам. The best results in plasma uniformity and, consequently, in surface treatment uniformity are achieved when the sections of the high-frequency energy input unit are connected in series, which are connected to a common RF voltage source. A parallel connection between the first and second sections of the high-frequency energy input unit is also possible. The sections of the energy input unit can be independently connected to the corresponding high-frequency generators.
Так же, как и в первом варианте исполнения плазменного реактора, магнитная система включает в свой состав, по меньшей мере, один источник магнитодвижущей силы, выполненный в виде электромагнитной катушки, установленной на боковой стенке разрядной камеры. Магнитная система может включать в свой состав, по меньшей мере, один дополнительный источник магнитодвижущей силы, выполненный в виде электромагнитной катушки, установленной на торцевой стенке разрядной камеры, на которой размещен узел ввода высокочастотной энергии. As in the first embodiment of a plasma reactor, the magnetic system includes at least one source of magnetomotive force, made in the form of an electromagnetic coil mounted on the side wall of the discharge chamber. The magnetic system may include at least one additional source of magnetomotive force, made in the form of an electromagnetic coil mounted on the end wall of the discharge chamber, on which the RF input unit is located.
Магнитная система плазменного реактора может включать в свой состав, по меньшей мере, один источник магнитодвижущей силы, выполненный в виде одного или нескольких постоянных магнитов, установленных на боковой стенке разрядной камеры. The magnetic system of a plasma reactor can include at least one source of magnetomotive force, made in the form of one or more permanent magnets mounted on the side wall of the discharge chamber.
Кроме того, магнитная система может содержать, по меньшей мере, один источник магнитодвижущей силы и магнитопровод, при этом источник магнитодвижущей силы размещается между боковой стенкой камеры и магнитопроводом. In addition, the magnetic system may contain at least one source of magnetomotive force and a magnetic circuit, while the source of magnetomotive force is located between the side wall of the chamber and the magnetic circuit.
Распределение магнитного поля, создаваемое с помощью перечисленных конструктивных вариантов исполнения магнитной системы, позволяет осуществить эффективное удержание электронов в разрядном объеме устройства. The distribution of the magnetic field created using the listed design options for the implementation of the magnetic system, allows for the effective retention of electrons in the discharge volume of the device.
Достижение указанного выше технического результата обеспечивается с помощью устройства для генерации плазмы, которое является частью плазменного реактора, выполненного согласно второму варианту исполнения. Устройство включает в свой состав аналогичные элементы конструкции плазменного реактора, за исключением камеры для обработки вещества. Устройство для генерации плазмы также обеспечивает равномерный нагрев электронной компоненты во всем объеме разрядной камеры и вследствие этого высокую пространственную однородность плазменного образования (по концентрации и средней энергии заряженных частиц). The achievement of the above technical result is achieved using the device for generating plasma, which is part of a plasma reactor made according to the second embodiment. The device includes similar structural elements of a plasma reactor, with the exception of the chamber for processing substances. The device for plasma generation also provides uniform heating of the electronic component in the entire volume of the discharge chamber and, as a result, the high spatial uniformity of the plasma formation (in concentration and average energy of charged particles).
Далее группа патентуемых изобретений поясняется описанием конкретных примеров реализации и прилагаемыми чертежами, где
на фиг.1 схематично изображен разрез плазменного реактора в первом варианте исполнения с устройством для генерации плазмы;
на фиг. 2 схематично изображен вид сверху на торцевую стенку разрядной камеры плазменного реактора, изображенного на фиг.1;
на фиг. 3 схематично изображен разрез устройства для генерации плазмы, входящего в состав плазменного реактора, с магнитопроводами и дополнительным источником магнитодвижущей силы;
на фиг. 4 схематично изображен разрез устройства для генерации плазмы, входящего в состав плазменного реактора, с источником магнитодвижущей силы в виде сборок постоянных магнитов;
на фиг.5 схематично изображен разрез плазменного реактора во втором варианте исполнения с устройством для генерации плазмы;
на фиг. 6 схематично изображен вид сверху на торцевую стенку разрядной камеры плазменного реактора, изображенного на фиг.5.Further, the group of patentable inventions is illustrated by a description of specific examples of implementation and the accompanying drawings, where
figure 1 schematically shows a section of a plasma reactor in the first embodiment with a device for generating plasma;
in FIG. 2 schematically shows a top view of the end wall of the discharge chamber of the plasma reactor of FIG. 1;
in FIG. 3 schematically shows a section of a device for generating a plasma, which is part of a plasma reactor, with magnetic circuits and an additional source of magnetomotive force;
in FIG. 4 schematically shows a section through a device for generating a plasma, which is part of a plasma reactor, with a source of magnetomotive force in the form of assemblies of permanent magnets;
figure 5 schematically shows a section of a plasma reactor in the second embodiment with a device for generating plasma;
in FIG. 6 is a schematic top view of the end wall of the discharge chamber of the plasma reactor of FIG. 5.
Плазменный реактор, выполненный согласно первому варианту изобретения (см. фиг.1 и 2), включает в свой состав разрядную камеру осесимметричной формы с цилиндрической боковой стенкой 1, выполненной из немагнитного материала (алюминий), и торцевой диэлектрической стенкой 2 (кварцевое стекло). В верхней части разрядной камеры установлен газораспределитель 3, обеспечивающий равномерную подачу рабочего газа в разрядный объем камеры. Установочный фланец 4 разрядной камеры герметично соединен с установочным фланцем 5 камеры плазменной обработки вещества. The plasma reactor made according to the first embodiment of the invention (see FIGS. 1 and 2) includes an axisymmetric discharge chamber with a
Магнитная система плазменного реактора содержит электромагнитные катушки 6 и 7, установленные соответственно у торцевой диэлектрической стенки 2 и вблизи установочного фланца 4. С помощью катушек 6 и 7, подключенных к источнику тока (не показан), создается неоднородное магнитное поле, спадающее к центру разрядной камеры. The magnetic system of the plasma reactor contains
На торцевой диэлектрической стенке 2 установлен узел 8 ввода высокочастотной энергии (ВЧ-антенна) с электрическими вводами 9 и 10, которые соединены через систему 11 согласования с источником 12 ВЧ-напряжения. Узел 8 ввода энергии состоит из двух секций (см. фиг.2), расположенных в одной плоскости на стенке 2. Первая секция выполнена в виде последовательно соединенных участков электрического проводника 13. Участки проводника 13 расположены параллельно друг другу, при этом ток в размещенных напротив друг друга участках имеет противоположное направление. Вторая секция выполнена в виде спирально изогнутого проводника 14. Первая секция узла 8 ввода энергии установлена над центральной частью разрядной камеры, а вторая - вокруг первой секции. On the end
В рассматриваемом примере выполнения (см. фиг.2) секции узла 8 ввода энергии соединены последовательно между собой, однако это не исключает возможности параллельного соединения секций либо возможность независимого подключения секций к соответствующим источникам ВЧ-напряжения. In the considered embodiment (see FIG. 2), the sections of the energy input unit 8 are connected in series with each other, however, this does not exclude the possibility of parallel connection of the sections or the possibility of independently connecting the sections to the corresponding RF voltage sources.
Составной частью плазменного реактора является устройство для генерации плазмы, герметично соединенное с установочным фланцем 5 камеры для плазменной обработки вещества (см. фиг.1 и 2). В состав устройства для генерации плазмы входит разрядная камера с боковой стенкой 1 и торцевой стенкой 2, газораспределитель 3, установочный фланец 4, магнитная система с электромагнитными катушками 6 и 7 и узел 8 ввода высокочастотной энергии с электрическими вводами 9 и 10, которые соединены через систему 11 согласования с источником 12 ВЧ-напряжения. A component of a plasma reactor is a plasma generation device, hermetically connected to the mounting flange 5 of the chamber for plasma processing of the substance (see figures 1 and 2). The plasma generating device includes a discharge chamber with a
В одном из примеров исполнения устройства для генерации плазмы, показанном на фиг.3, магнитная система содержит дополнительную электромагнитную катушку, расположенную на торцевой стенке 2 разрядной камеры. Внешний диаметр дополнительной катушки 15 меньше внутреннего диаметра разрядной камеры. В состав магнитной системы входит также магнитопровод, состоящий из отдельных магнитопроводящих сегментов 16, равномерно расположенных по окружности с внешней стороны разрядной камеры. Магнитопроводящие сегменты 16 предназначены для выравнивания магнитного поля вдоль внутренней поверхности боковой стенки 1 разрядной камеры. При данном конструктивном исполнении электромагнитные катушки 6 и 7 устанавливаются между боковой стенкой 1 и магнитопроводящими сегментами 16. In one example embodiment of the plasma generation device shown in FIG. 3, the magnetic system comprises an additional electromagnetic coil located on the
В другом примере исполнения устройства для генерации плазмы (см. фиг.4), входящего в состав плазменного реактора, источники магнитодвижущей силы выполнены в виде сборок 17, состоящих из отдельных постоянных магнитов 18, установленных с внешней стороны боковой стенки 1 равномерно по окружности вокруг разрядной камеры. Сборки 17 постоянных магнитов 18 крепятся по периметру разрядной камеры между торцевой стенкой 2 и установочным фланцем 4. При этом между сборками 17 постоянных магнитов 18 и торцевой стенкой 2, а также между сборками 17 и установочным фланцем 4 размещаются кольцеобразные магнитопроводы 19 и 20, обеспечивающие заданное распределение магнитного поля в полости разрядной камеры. Дополнительные магнитопроводы могут использоваться в целях корректировки распределения магнитного поля в различных вариантах исполнения конструкции устройства для генерации плазмы и плазменного реактора, включая вариант выполнения конструкции с источниками магнитодвижущей силы в виде электромагнитных катушек. In another example embodiment of a device for generating plasma (see Fig. 4), which is part of a plasma reactor, the sources of magnetomotive force are made in the form of
Плазменный реактор, выполненный согласно второму варианту изобретения (см. фиг.5 и 6), включает в свой состав разрядную камеру осесимметричной формы с цилиндрической боковой стенкой 21, изготовленной из немагнитного материала (алюминий), и торцевой диэлектрической стенкой 22 (кварцевое стекло). В верхней части разрядной камеры установлен газораспределитель 23. Установочный фланец 24 разрядной камеры герметично соединен с установочным фланцем 25 камеры плазменной обработки рабочего вещества. Магнитная система плазменного реактора содержит электромагнитные катушки 26 и 27, подключенные к источнику тока (не показан). The plasma reactor made according to the second embodiment of the invention (see FIGS. 5 and 6) includes an axisymmetric discharge chamber with a
На торцевой диэлектрической стенке 22 установлен узел 28 ввода высокочастотной энергии с электрическими вводами 29 и 30, которые соединены через систему 31 согласования с источником 32 ВЧ-напряжения. Узел 28 ввода энергии состоит из двух секций (см. фиг.6), расположенных в одной плоскости на торцевой стенке 22. Первая и вторая секции выполнены в виде изогнутых в форме спирали электрических проводников 33 и 34 соответственно. Отличительной особенностью плазменного реактора, выполненного согласно второму варианту изобретения, является то, что первая и вторая секции узла 28 ввода энергии имеют форму противоположно направленных спиралей (левой и правой спирали). Первая секция узла 28 ввода энергии установлена над центральной частью разрядной камеры, а вторая - вокруг первой секции. On the end
В рассматриваемом примере выполнения (см. фиг.5) секции узла 28 ввода энергии соединены последовательно между собой, однако это не исключает возможность параллельного соединения секций либо возможность независимого подключения секций к соответствующему (из двух) источнику ВЧ-напряжения. In the considered embodiment (see FIG. 5), the sections of the
Составной частью плазменного реактора, выполненного согласно второму варианту изобретения, является устройство для генерации плазмы, герметично соединенное с установочным фланцем 25 камеры для плазменной обработки вещества (см. фиг.5 и 6). В состав устройства для генерации плазмы входит разрядная камера с боковой стенкой 21 и торцевой стенкой 22, газораспределитель 23, установочный фланец 24, магнитная система с электромагнитными катушками 26 и 27, и узел 28 ввода высокочастотной энергии с электрическими вводами 29 и 30, которые соединены через систему 31 согласования с источником 32 ВЧ-напряжения. An integral part of the plasma reactor made according to the second embodiment of the invention is a plasma generation device, hermetically connected to the mounting
В одном из примеров исполнения устройства для генерации плазмы - аналогично соответствующему примеру исполнения конструкции устройства для генерации плазмы согласно первому варианту изобретения (см. фиг.3) - магнитная система может содержать дополнительную электромагнитную катушку, расположенную на торцевой стенке 22 разрядной камеры. В состав магнитной системы может входить также магнитопровод, состоящий из отдельных магнитопроводящих сегментов, равномерно расположенных по окружности с внешней стороны разрядной камеры. При указанном конструктивном исполнении электромагнитные катушки 26 и 27 устанавливаются между боковой стенкой 21 и магнитопроводящими сегментами. In one embodiment of a plasma generation device — similarly to the corresponding embodiment of a plasma generation device according to a first embodiment of the invention (see FIG. 3) —the magnetic system may comprise an additional electromagnetic coil located on the
В другом примере исполнения устройства для генерации плазмы - аналогично соответствующему примеру исполнения конструкции устройства для генерации плазмы согласно первому варианту изобретения (см. фиг.4) - источники магнитодвижущей силы выполнены в виде сборок постоянных магнитов, установленных с внешней стороны боковой стенки 21 равномерно по окружности вокруг разрядной камеры. In another example embodiment of a device for plasma generation - similarly to the corresponding example of a design of a device for plasma generation according to the first embodiment of the invention (see Fig. 4) - sources of magnetomotive force are made in the form of assemblies of permanent magnets mounted on the outside of the
Работа плазменного реактора и входящего в его состав устройства для генерации плазмы, которые выполнены в соответствии с первым вариантом изобретения, осуществляется следующим образом. The operation of the plasma reactor and its constituent device for generating plasma, which are made in accordance with the first embodiment of the invention, is as follows.
Рабочий газ, в качестве которого используется инертный газ аргон, равномерно подается в полость разрядной камеры через газораспределитель 3 (см. фиг.1 и 2). При этом возможно использование в качестве рабочего газа химически активного газа. В разрядном объеме, ограниченном боковой 1 и торцевой 2 стенками разрядной камеры, создается стационарное неоднородное магнитное поле при пропускании электрического тока через электромагнитные катушки 6 и 7. Величина индукции магнитного поля выбирается из условия возбуждения собственных плазменных колебаний в центральной части разрядной камеры при вводе высокочастотной энергии. Генерируемое с помощью электромагнитных катушек 6 и 7 магнитное поле спадает в направлении от боковой стенки 1 к центру разрядной камеры. Такой характер распределения магнитного поля (эффект "магнитной стенки") определяет возможность удержания электронов в разрядном объеме при интенсивном вводе высокочастотной энергии в разрядную камеру. Наиболее эффективное удержание заряженных частиц в разрядном объеме и, соответственно, эффективное использование подводимой высокочастотной энергии достигается при использовании дополнительной электромагнитной катушки 15 и внешнего магнитопровода, выполненного в виде магнитопроводящих сегментов 16 (см. фиг.3). Применение дополнительных элементов магнитной системы позволяет наиболее равномерно распределить изолирующее магнитное поле вдоль поверхности не только боковой стенки 1 разрядной камеры, но и вдоль ее торцевой стенки 2. The working gas, which is used as an inert argon gas, is uniformly fed into the cavity of the discharge chamber through the gas distributor 3 (see Figs. 1 and 2). In this case, it is possible to use a reactive gas as a working gas. In the discharge volume, limited by the
В одном из вариантов выполнения плазменного реактора и устройства для генерации плазмы (см. фиг.4) магнитное поле может создаваться с помощью постоянных магнитов 18, выполненных в виде сборок 17, которые равномерно установлены по окружности вокруг разрядной камеры между торцевой стенкой 2 и установочным фланцем 4. Распределение магнитного поля в разрядной камере при таком выполнении магнитной системы корректируется с помощью кольцеобразных магнитопроводов 19 и 20, размещенных между сборками 17 и торцевой стенкой 2, а также между сборками 17 и установочным фланцем 4. In one embodiment of a plasma reactor and a plasma generation device (see FIG. 4), a magnetic field can be created using
После заполнения разрядной камеры аргоном и создания в стационарного неоднородного магнитного поля заданной конфигурации включается источник 12 ВЧ-напряжения, и высокочастотная энергия с помощью узла 8 ввода высокочастотной энергии, подключенного через систему 11 согласования и электрические вводы 9 и 10 к источнику 12 ВЧ-напряжения, вводится в разрядную камеру через торцевую диэлектрическую стенку 2. After filling the discharge chamber with argon and creating a predetermined configuration in a stationary inhomogeneous magnetic field, the RF source 12 is turned on, and the high-frequency energy is turned on via the high-frequency energy input unit 8 connected through the matching system 11 and
Равномерный и эффективный нагрев электронной компоненты во всем разрядном объеме осуществляется за счет применения узла 8 ввода энергии, выполненного согласно настоящему изобретению. С помощью первой секции узла 8 ввода энергии, которая изготовлена в виде параллельно размещенных и последовательно соединенных участков электрического проводника 13 (см. фиг.2), в разрядном объеме возбуждаются собственные плазменные волны за счет взаимодействия стационарного магнитного поля и электрической компоненты генерируемого высокочастотного поля. Возбуждение собственных плазменных волн реализуется при протекании переменного высокочастотного тока в размещенных напротив друг друга участках электрического проводника 13 в противоположных направлениях (см. фиг. 2). При этом размер и количество участков электрического проводника выбираются такими, чтобы генерация плазмы осуществлялась с максимальной плотностью и равномерностью в области размещения обрабатываемого образца. Uniform and efficient heating of the electronic component in the entire discharge volume is achieved through the use of the energy input unit 8 made in accordance with the present invention. Using the first section of the energy input unit 8, which is made in the form of parallel-placed and serially connected sections of the electrical conductor 13 (see FIG. 2), own plasma waves are excited in the discharge volume due to the interaction of the stationary magnetic field and the electric component of the generated high-frequency field. The excitation of intrinsic plasma waves is realized when an alternating high-frequency current flows in opposite parts of the
С помощью второй секции узла 8 ввода энергии, выполненной в виде изогнутого в форме спирали электрического проводника 14, осуществляется возбуждение в периферийной кольцевой области разрядной камеры индукционного высокочастотного разряда и индукционный нагрев электронов. Using the second section of the energy input unit 8, made in the form of a spiral-shaped
В результате проведенных экспериментов были получены следующие результаты. As a result of the experiments, the following results were obtained.
При использовании в качестве рабочего газа аргона частота генерируемого в разрядной камере ВЧ-разряда выбиралась в диапазоне от 10 до 100 МГц в зависимости от требуемой концентрации плазмы. Величина вводимой в разрядную камеру с помощью узла 8 ввода энергии ВЧ-мощности составляла от 20 Вт до 2 кВт. Максимальное значение индукции магнитного поля у стенок разрядной камеры изменялось в диапазоне от 0,01 до 0,1 Тл. Величина концентрации плазмы изменялась в зависимости от вкладываемой мощности от 10•109 до 10•1011 см-3. При фиксированной величине вкладываемой в разрядную камеру ВЧ-мощности удалось получить однородное плазменное образование диаметром 240 мм в полости камеры диаметром 500 мм и высотой 100 мм. Неоднородность плазменного образования по величине концентрации и средней энергии электронов в радиальном направлении составляла не более 5%. Соответствующие результаты по равномерности обработки были получены при плазменной обработке подложки диаметром 300 мм, которая размещалась напротив выходного эмиссионного отверстия разрядной камеры.When using argon as the working gas, the frequency of the RF discharge generated in the discharge chamber was chosen in the range from 10 to 100 MHz, depending on the required plasma concentration. The value introduced into the discharge chamber using the node 8 input energy RF power ranged from 20 W to 2 kW. The maximum value of the magnetic field induction at the walls of the discharge chamber varied in the range from 0.01 to 0.1 T. The plasma concentration varied depending on the input power from 10 • 10 9 to 10 • 10 11 cm -3 . With a fixed value of the RF power deposited in the discharge chamber, it was possible to obtain a uniform plasma formation with a diameter of 240 mm in the chamber cavity with a diameter of 500 mm and a height of 100 mm. The inhomogeneity of the plasma formation in terms of the concentration and average electron energy in the radial direction was no more than 5%. Corresponding results on the uniformity of processing were obtained by plasma treatment of a substrate with a diameter of 300 mm, which was placed opposite the output emission hole of the discharge chamber.
Работа плазменного реактора и входящего в его состав устройства для генерации плазмы, которые выполнены в соответствии со вторым вариантом изобретения, осуществляется аналогичным образом, как и для первого варианта изобретения. The operation of the plasma reactor and its constituent device for generating plasma, which are made in accordance with the second embodiment of the invention, is carried out in the same way as for the first embodiment of the invention.
Рабочий газ (аргон) подается в разрядную камеру через газораспределитель 23 (см. фиг.5 и 6). В разрядном объеме, ограниченном боковой 21 и торцевой 22 стенками разрядной камеры, создается стационарное неоднородное магнитное поле при пропускании электрического тока через электромагнитные катушки 26 и 27. Генерируемое с помощью электромагнитных катушек 26 и 27 магнитное поле спадает в направлении от боковой стенки 21 к центру разрядной камеры. The working gas (argon) is supplied to the discharge chamber through the gas distributor 23 (see FIGS. 5 and 6). In the discharge volume limited by the
Наиболее эффективное удержание заряженных частиц в разрядном объеме и, соответственно, эффективное использование подводимой высокочастотной энергии достигается при использовании дополнительной электромагнитной катушки и внешнего магнитопровода, выполненного в виде магнитопроводящих сегментов (аналогично первому варианту изобретения, изображенному на фиг.3). The most effective retention of charged particles in the discharge volume and, accordingly, the efficient use of the supplied high-frequency energy is achieved by using an additional electromagnetic coil and an external magnetic circuit made in the form of magnetic conductive segments (similar to the first embodiment of the invention shown in figure 3).
В одном из вариантов выполнения плазменного реактора и устройства для генерации плазмы (аналогично тому, как это реализуется для первого варианта изобретения, изображенного на фиг. 4) магнитное поле может создаваться с помощью постоянных магнитов, выполненных в виде сборок, которые равномерно устанавливаются по окружности вокруг разрядной камеры между торцевой стенкой 22 и установочным фланцем 24. In one embodiment of a plasma reactor and a device for generating plasma (similar to how it is implemented for the first embodiment of the invention shown in Fig. 4), a magnetic field can be created using permanent magnets made in the form of assemblies that are uniformly mounted around the circumference around discharge chamber between the
После заполнения разрядной камеры аргоном и создания в полости камеры стационарного неоднородного магнитного поля заданной конфигурации включается источник 32 ВЧ-напряжения. Высокочастотная энергия с помощью узла 28 ввода высокочастотной энергии, подключенного через систему 31 согласования и электрические вводы 29 и 30 к источнику 32 ВЧ-напряжения, вводится в разрядную камеру через торцевую диэлектрическую стенку 22. After filling the discharge chamber with argon and creating a stationary inhomogeneous magnetic field of a given configuration in the chamber cavity, a source of 32 RF voltage is turned on. High-frequency energy using the
Равномерный и эффективный нагрев электронной компоненты во всем разрядном объеме осуществляется за счет применения узла 28 ввода энергии, выполненного согласно второму варианту изобретения. С помощью узла 28 ввода энергии, две секции которого выполнены в виде изогнутых в форме спиралей электрических проводников 33 и 34 (см. фиг.6), в разрядном объеме возбуждаются собственные плазменные волны за счет взаимодействия стационарного магнитного поля и электрической компоненты генерируемого высокочастотного поля. Возбуждение собственных плазменных волн реализуется при протекании переменного высокочастотного тока через электрические проводники 33 и 34 в противоположных направлениях. Направление протекания тока через проводники 33 и 34 и, соответственно, генерация высокочастотного поля (возбуждение высокочастотных колебаний) при взаимодействии токов обеспечивается за счет того, что первая и вторая секции узла 28 имеют форму противоположно направленных спиралей. При этом размер и количество витков спиралей первой и второй секций выбираются такими, чтобы генерация плазмы осуществлялась с максимальной плотностью и равномерностью в области размещения обрабатываемого образца. Uniform and efficient heating of the electronic component in the entire discharge volume is achieved through the use of the
Проведенные эксперименты подтверждают получение данного технического результата. В указанных выше условиях, при которых проводились испытания плазменного реактора и входящего в его состав устройства для генерации плазмы, выполненных согласно первому варианту изобретения, был получен следующий результат для второго варианта изобретения. При фиксированной величине вкладываемой в разрядную камеру ВЧ-мощности удалось получить однородное плазменное образование диаметром 300 мм в полости камеры диаметром 500 мм и высотой 150 мм. Внешний диаметр узла ввода высокочастотной энергии, установленного на торцевой стенке разрядной камеры, составлял 420 мм. Неоднородность плазменного образования по величине концентрации и средней энергии электронов в радиальном направлении составляла не более 5%. The experiments confirm the receipt of this technical result. Under the above conditions under which the plasma reactor and the plasma generating apparatus included therein were tested according to the first embodiment of the invention, the following result was obtained for the second embodiment of the invention. With a fixed amount of RF power deposited in the discharge chamber, it was possible to obtain a uniform plasma formation with a diameter of 300 mm in the chamber cavity with a diameter of 500 mm and a height of 150 mm. The external diameter of the high-frequency energy input unit mounted on the end wall of the discharge chamber was 420 mm. The inhomogeneity of the plasma formation in terms of the concentration and average electron energy in the radial direction was no more than 5%.
Соответствующие результаты по равномерности обработки были получены при плазменной обработке подложки диаметром 300 мм, которая размещалась напротив выходного эмиссионного отверстия разрядной камеры. Corresponding results on the uniformity of processing were obtained by plasma treatment of a substrate with a diameter of 300 mm, which was placed opposite the output emission hole of the discharge chamber.
Патентуемые изобретения могут использоваться при разработке технологического оборудования для осуществления плазменной и пучковой обработки изделий и материалов, в том числе и полупроводниковых материалов. Генерация однородной плазмы высокой концентрации достаточно больших размеров (до 300 мм и более) с использованием средств, основанных на патентуемых изобретениях, позволяет осуществить различные непрерывные технологические процессы, включая нанесение покрытий, ионную имплантацию, ионное ассистирование, очистку обрабатываемой поверхности и модифицирование поверхностных свойств обрабатываемых материалов. Patentable inventions can be used in the development of technological equipment for plasma and beam processing of products and materials, including semiconductor materials. Generation of a homogeneous plasma of a high concentration of sufficiently large sizes (up to 300 mm and more) using tools based on patented inventions allows for various continuous technological processes, including coating, ion implantation, ion assisting, cleaning the treated surface and modifying the surface properties of the processed materials .
Claims (32)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001114393A RU2196395C1 (en) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | Plasma reactor and plasma generating device (alternatives) |
| PCT/RU2002/000236 WO2002097854A2 (en) | 2001-05-30 | 2002-05-17 | Plasma reactor |
| AU2002309361A AU2002309361A1 (en) | 2001-05-30 | 2002-05-17 | Plasma reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001114393A RU2196395C1 (en) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | Plasma reactor and plasma generating device (alternatives) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2196395C1 true RU2196395C1 (en) | 2003-01-10 |
Family
ID=20250089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001114393A RU2196395C1 (en) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | Plasma reactor and plasma generating device (alternatives) |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2002309361A1 (en) |
| RU (1) | RU2196395C1 (en) |
| WO (1) | WO2002097854A2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2448388C2 (en) * | 2006-05-16 | 2012-04-20 | Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах | Electroarc source and magnetic accessory |
| RU2525442C2 (en) * | 2008-05-05 | 2014-08-10 | Астриум Гмбх | Plasma generator and method of its control |
| RU2670249C1 (en) * | 2017-12-22 | 2018-10-19 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точного машиностроения" | Reactor for plasma processing of semiconductor structures |
| RU2677323C1 (en) * | 2018-02-26 | 2019-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ПлазЭйр" | Plasma air activator |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5280154A (en) * | 1992-01-30 | 1994-01-18 | International Business Machines Corporation | Radio frequency induction plasma processing system utilizing a uniform field coil |
| FR2707449B1 (en) * | 1993-07-05 | 1995-08-11 | Cit Alcatel | Plasma reactor for a deposition or etching process. |
| US5731565A (en) * | 1995-07-27 | 1998-03-24 | Lam Research Corporation | Segmented coil for generating plasma in plasma processing equipment |
| US6164241A (en) * | 1998-06-30 | 2000-12-26 | Lam Research Corporation | Multiple coil antenna for inductively-coupled plasma generation systems |
-
2001
- 2001-05-30 RU RU2001114393A patent/RU2196395C1/en not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-05-17 WO PCT/RU2002/000236 patent/WO2002097854A2/en not_active Application Discontinuation
- 2002-05-17 AU AU2002309361A patent/AU2002309361A1/en not_active Abandoned
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2448388C2 (en) * | 2006-05-16 | 2012-04-20 | Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах | Electroarc source and magnetic accessory |
| RU2525442C2 (en) * | 2008-05-05 | 2014-08-10 | Астриум Гмбх | Plasma generator and method of its control |
| RU2670249C1 (en) * | 2017-12-22 | 2018-10-19 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точного машиностроения" | Reactor for plasma processing of semiconductor structures |
| RU2677323C1 (en) * | 2018-02-26 | 2019-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ПлазЭйр" | Plasma air activator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2002097854A2 (en) | 2002-12-05 |
| WO2002097854A3 (en) | 2003-07-31 |
| AU2002309361A1 (en) | 2002-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6392351B1 (en) | Inductive RF plasma source with external discharge bridge | |
| US5277751A (en) | Method and apparatus for producing low pressure planar plasma using a coil with its axis parallel to the surface of a coupling window | |
| US6855906B2 (en) | Induction plasma reactor | |
| EP0413282B1 (en) | Method and apparatus for producing magnetically-coupled planar plasma | |
| EP0648069B1 (en) | RF induction plasma source for plasma processing | |
| US5580385A (en) | Structure and method for incorporating an inductively coupled plasma source in a plasma processing chamber | |
| KR100590344B1 (en) | Apparatus and method for improving plasma distribution and performance in an inductively coupled plasms | |
| KR100238627B1 (en) | Plasma processing apparatus | |
| KR100712762B1 (en) | Process apparatus and method for improving plasma distribution and performance in an inductively coupled plasma | |
| US6523493B1 (en) | Ring-shaped high-density plasma source and method | |
| JP2822103B2 (en) | An improved resonant radio frequency wave coupler device. | |
| US20030015965A1 (en) | Inductively coupled plasma reactor | |
| KR100444189B1 (en) | Impedance matching circuit for inductive coupled plasma source | |
| US20090189083A1 (en) | Ion-beam source | |
| KR19990028399A (en) | Low Inductance Large Area Coils for Inductively Coupled Plasma Sources | |
| JPH0770532B2 (en) | Plasma processing device | |
| KR100803794B1 (en) | Inductive coupled plasma source with plasma discharging tube covered with magnetic core block | |
| JP3254069B2 (en) | Plasma equipment | |
| KR100972371B1 (en) | Compound plasma source and method for dissociating gases using the same | |
| KR20090037343A (en) | Magnetized inductively coupled plasma processing apparatus and generating method | |
| RU2196395C1 (en) | Plasma reactor and plasma generating device (alternatives) | |
| KR100882449B1 (en) | Treating device of inductively coupled plasma and its antenna | |
| KR100743842B1 (en) | Plasma reactor having plasma chamber coupled with magnetic flux channel | |
| KR20110006070U (en) | Magnetized inductively coupled plasma processing apparatus | |
| JPH08316205A (en) | Method and device for performing plasma treatment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120531 |