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KR20090105783A - 플라즈마 발생기 시스템 및 플라즈마 형성 방법 - Google Patents

플라즈마 발생기 시스템 및 플라즈마 형성 방법 Download PDF

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KR20090105783A
KR20090105783A KR1020080087815A KR20080087815A KR20090105783A KR 20090105783 A KR20090105783 A KR 20090105783A KR 1020080087815 A KR1020080087815 A KR 1020080087815A KR 20080087815 A KR20080087815 A KR 20080087815A KR 20090105783 A KR20090105783 A KR 20090105783A
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KR
South Korea
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plasma
winding
generator system
vessel
plasma generator
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후아탄 키우
데이비드 청
프라샨스 코스누르
Original Assignee
노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드
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Abstract

플라즈마 형성 시스템 및 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 용기, 용기 둘레에 배치되고 제1단부, 제2단부, 제1권선, 및 제2권선을 갖는 단일 부재인 단일 코일로서, 제1권선은 제1단부로부터 연장되고 제2권선은 제1권선의 부분으로서 일체로 형성되고 제2단부로 연장되는 단일 코일, 단일 부재의 제1단부에 직접 전기적으로 결합된 에너지원, 및 단일 부재의 제2단부에 직접 전기적으로 결합된 커패시터를 포함하는 플라즈마 발생기 시스템이 제공된다.
Figure P1020080087815
플라즈마 형성 시스템, 용기, 단일 코일, 제1권선, 제2권선, 에너지원, 커패시터

Description

플라즈마 발생기 시스템 및 플라즈마 형성 방법{PLASMA GENERATOR SYSTEMS AND METHODS OF FORMING PLASMA}
본 발명은 일반적으로 플라즈마 형성 시스템 및 방법에 관한 것이고, 더 구체적으로는 플라즈마 발생기 시스템 및 이러한 플라즈마 발생기 시스템을 사용하는 플라즈마 형성 방법에 관한 것이다.
플라즈마는 작업편(workpiece)의 표면을 물리적으로 및/또는 화학적으로 개질하기 위한 다양한 프로세스에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마는 작업편 상에 재료의 층을 퇴적하거나 분사하여 작업편으로부터 원하지 않는 물질을 에칭 또는 스퍼터링 제거하거나 또는 작업편 상에 애싱(ashing) 또는 스트리핑(stripping) 프로세스를 수행하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 플라즈마는 튜브, 코일 및 처리 가스원을 포함할 수 있는 플라즈마 발생기를 사용하여 발생된다. 튜브는 석영 또는 알루미늄/사파이어와 같은 유전성 재료로 제조될 수 있고, 적어도 부분적으로 코일에 의해 둘러싸일 수 있다. 튜브의 내부면은 처리 가스를 수용하기 위해 처리 가스원과 유체 연통하는 플라즈마 챔버를 형성한다. 플라즈마 챔버 내로의 분사 전에 처리 가스를 확산시키기 위해, 가스 유동 분배 리셉터 클(receptacle)이 그 입구 상에 배치될 수 있다.
작동 중에, 코일은 여기되어 플라즈마 챔버를 가로지르는 전기장을 생성한다. 처리 가스가 전기장을 통해 유동함에 따라, 처리 가스의 일부는 전자, 이온 및 반응성 래디칼(reactive radical)과 같은 종(species)을 포함할 수 있는 플라즈마로 변환한다. 플라즈마 종은 작업편으로 유동하고, 플라즈마가 사용되는 특정 프로세스에 따라 작업편 상에 퇴적되어 층을 형성하거나 또는 작업편 상의 물질과 반응하여 제거 가능한 종을 형성할 수 있다.
전술된 시스템은 높은 품질의 플라즈마를 생성하지만, 시스템은 개량될 수 있다. 예를 들면, 높은 전압(예를 들면 5 ㎸ 초과)은 코일에 공급되어 플라즈마 생성을 유지할 수 있지만, 높은 전압이 임계 기간을 지나서 또는 임계 전압을 초과하여 인가되면, 이온은 튜브의 표면 상에 이온 충격 또는 스퍼터링을 형성할 수 있다. 그 결과, 튜브 및/또는 주변 구성 요소는 단축된 수명을 가질 수 있고 그 유지 보수가 바람직하지 않게 빈번해질 수 있다. 이 영향을 적어도 부분적으로 완화하기 위해, 패러데이 실드(Faraday shield)가 튜브와 코일 사이에 배치될 수 있지만, 이러한 구성은 시스템에 복잡성 및 비용을 추가시킬 수 있다. 다른 예에서, 몇몇 구성에서, 플라즈마는 소직경(예를 들면, 약 76 ㎜)을 갖는 튜브 내의 플라즈마 구역으로부터 대직경(예를 들면, 약 300 ㎜)을 갖는 튜브 내의 분배 구역으로 유동할 수 있어, 따라서 구역으로부터 구역으로의 플라즈마의 밀도를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 이온화된 가스가 반응성 래디칼로 해리하는 속도가 또한 변경될 수 있고, 이는 요구되는 것보다 긴 프로세스 기간을 초래할 수 있다.
따라서, 그 시스템 구성 요소의 최소 이온 충격 및/또는 스퍼터링을 발생시킬 수 있는 개량된 플라즈마 발생기 시스템을 갖는 것이 바람직하다. 부가적으로, 플라즈마 발생기 시스템이 통상의 플라즈마 발생기 시스템의 구성 요소와 비교하여 향상된 사용 수명을 갖는 가스 유동 분배 리셉터클 및 튜브와 같은 구성 요소를 포 함하여 이에 의해 이러한 시스템의 유지 보수 비용을 감소시키는 것이 바람직하다. 더욱이, 본 발명의 다른 바람직한 특징 및 특성은 본 발명의 첨부 도면 및 이 배경기술의 설명과 함께 취한 첨부된 이하의 본 발명의 상세한 설명 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따르면, 통상의 플라즈마 발생기 시스템과 비교할 때 시스템 구성 요소의 감소된 이온 충격 및/또는 스퍼터링을 갖는 시스템이 제공된다. 이온 충격 및 스퍼터링의 감소에 의해, 본 발명의 개량된 플라즈마 발생기 시스템은 통상의 플라즈마 발생기 시스템의 구성 요소와 비교하여 향상된 사용 수명을 갖는 가스 유동 분배 리셉터클 및 튜브와 같은 구성 요소를 포함한다. 그 결과, 시스템의 유지 보수 비용이 마찬가지로 감소된다.
본 발명은 유사한 도면 부호가 유사한 요소를 나타내는 이하의 도면과 함께 이하에 설명될 것이다.
본 발명의 이하의 상세한 설명은 단지 사실상 예시적인 것이고, 본 발명 또는 본 발명의 적용 및 사용을 한정하도록 의도되는 것은 아니다. 더욱이, 본 발명의 상기 배경기술 또는 본 발명의 이하의 상세한 설명에 제시되어 있는 임의의 이론에 의해 구속되는 것으로 의도되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마 발생기 시스템(100)의 개략 단면도이다. 플라즈마 발생기 시스템(100)은 작업편(102)으로부터 물질을 퇴 적하거나 제거하는데 사용될 수 있는 플라즈마를 발생시키도록 구성된다. 예를 들면, 플라즈마 발생기 시스템(100)은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착, 플라즈마 에칭, 플라즈마 스트리핑 또는 애싱, 스퍼터링, 플라즈마 분사 등과 같은 다양한 플라즈마 처리 기술에 사용되는 시스템 또는 구성 요소와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 작업편(102)은 전술된 프로세스 중 하나 이상이 실시될 수 있는 기판일 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 작업편(102)은 실시예에서 비교적 순수한 실리콘, 게르마늄, 비화갈륨 또는 반도체 산업에서 일반적으로 사용되는 반도체 재료, 또는 게르마늄, 탄소 등과 같은 하나 이상의 부가의 원소와 혼합된 실리콘으로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 작업편(102)은 통상의 반도체 제조 프로세스 중에 그 상부에 퇴적되어 있는 층을 갖는 반도체 기판일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 작업편(102)은 플라즈마 처리가 실시될 수 있는 글래스, 세라믹 또는 금속의 시트와 같은 구성 요소일 수 있다.
플라즈마 발생기 시스템(100)은 원격의 자립형 장치 또는 처리 시스템 내에 합체되는 내장형 모듈(in-situ model)일 수 있다. 도 1에 도시된 플라즈마 발생기 시스템(100)은 원격 장치의 예이다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 플라즈마 발생기 시스템(100)은 용기(container)(104), 코일(108), 에너지원(110), 가스 유동 분배 리셉터클(106) 및 샤워헤드(112)를 포함한다. 내장형 모듈은 도 1에 도시된 실시예와 동일하게 구성되지 않을 수 있지만, 유사한 구성 요소를 포함할 수 있다.
용기(104)는, 전기장에 의해 이온화되어, 작업편(102) 상에 물질을 퇴적시키 거나 또는 그로부터 물질을 제거하기 위한 전자, 이온 및 반응성 래디칼과 같은 종을 포함하는 플라즈마로 변환될 수 있는 처리 가스를 수용하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 용기(104)는 전기장을 강화할 수 있는 재료로 제조된다. 예를 들면, 용기(104)는 이들에 한정되는 것은 아니지만 석영, 알루미늄/사파이어, 및 세라믹을 포함하는 유전성 재료로 제조될 수 있다. 플라즈마를 내부에 수납하기 위해, 용기(104)는 플라즈마 챔버(118)를 형성하는 측벽(116)을 갖는다. 측벽(116)은 용기(104) 내에 플라즈마를 수납하기에 적합하고 코일(108)에 의해 발생된 전기장과 간섭하지 않는 임의의 두께를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 측벽(116)은 약 4 mm 내지 약 6 mm의 범위의 두께를 갖는다. 다른 예시적인 실시예에서, 측벽(116)은 그 전체 축방향 길이를 따라 실질적으로 균일한 두께(예를 들면, ±0.5 mm)를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 측벽(116)은 그 축방향 길이를 따라 가변 두께를 갖는다.
측벽(116), 및 따라서 플라즈마 챔버(118)는 플라즈마가 작업편(102)을 향해 안내될 수 있도록 성형된다. 일 예시적인 실시예에서, 측벽(116)은 도 1에 도시된 바와 같이 그 축방향 길이를 따라 변화하는 형상을 갖는다. 예를 들면, 측벽(116)은 플라즈마 수용 섹션(124)의 입구 단부(122)로부터 연장하는 네크 섹션(neck section)(120)과, 플라즈마 수용 섹션(124)의 출구 단부(128)로부터 연장하는 튜브 섹션(126)을 포함할 수 있다. 네크 섹션(120)은 원통형일 수 있고, 입구(130)와, 입구(130)에 근접하여 네크 섹션(120)의 단부(134)로부터 반경방향 외향으로 돌출하는 립(lip)(132)을 가질 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 네크 섹션(120)은 그 축방향 길이를 따라 실질적으로 균일한 직경[점선(113)으로 도시됨](예를 들면, ±0.5 mm)을 갖는다. 다른 예시적인 실시예에서, 네크 섹션(120)은 가변 직경을 갖는다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 직경(113)은 약 30 mm 내지 약 60 mm의 범위이다. 다른 실시예에서, 용기(104)는 네크 섹션(120)을 포함하지 않을 수도 있다.
어느 경우든, 플라즈마 수용 섹션(124)은 플라즈마 챔버(118)로의 입구(148)를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 플라즈마 수용 섹션(124)은 원추 형상일 수 있고, 입구 단부 직경[점선(117)으로 도시됨]보다 큰 출구 단부 직경[점선(115)으로 도시됨]을 가질 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 출구 단부 직경(115)은 또한 네크 섹션(120)의 직경(113)보다 크다. 다른 예시적인 실시예에서, 출구 단부 직경(115)은 약 150 mm 내지 약 350 mm의 범위이고, 네크 섹션(120)의 직경(113)은 약 30 mm 내지 약 60 mm의 범위이다. 다른 실시예에서, 직경(115, 113)은 전술된 범위보다 크거나 작을 수도 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 튜브 섹션(126)은 플라즈마 수용 섹션(124)의 출구 단부 직경(115)과 실질적으로 동일한(예를 들면, ±0.5 mm) 실질적으로 균일한 직경[점선(119)으로 도시됨]을 갖는다. 다른 예시적인 실시예에서, 튜브 섹션(126)의 직경(119)은 플라즈마 수용 섹션(124)의 출구 단부 직경(115)보다 크다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 튜브 섹션(126)의 직경(119)은 약 150 mm 내지 약 350 mm의 범위이고, 플라즈마 수용 섹션(124)의 출구 단부 직경(115)은 약 75 mm 내지 약 300 mm의 범위일 수 있다. 다른 실시예에서, 직경(119, 115)은 전 술된 범위보다 크거나 작을 수도 있다.
튜브 섹션(126)은 적어도 작업편(102)의 직경만큼 클 수 있는 플라즈마 챔버(118)로부터의 출구(138)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 출구(138)는 약 150 mm 내지 약 350 mm의 범위인 직경[점선(121)으로 도시됨]을 갖는다. 다른 예시적인 실시예에서, 출구(138)는 전술된 범위보다 작거나 큰 직경(121)을 갖는다. 예를 들면, 작업편(102)의 단지 소정의 부분만이 플라즈마 프로세스가 실시되는 실시예에서, 출구(138)의 직경(121)은 소정의 부분의 크기에 대응한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 네크 섹션(120), 플라즈마 수용 섹션(124) 및 튜브 섹션(126)은 실질적으로 서로 동일하지 않은 축방향 길이를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 네크 섹션(120)은 용기(106) 내의 가스 유동 분배 리셉터클(104)을 안정화하는데 충분하지만, 이하에 더 논의되는 바와 같이 플라즈마 챔버(118) 내로의 가스 유동을 방해하도록 길지는 않은 축방향 길이를 갖는다. 이러한 경우에, 네크 섹션(120)의 축방향 길이는 플라즈마 수용 섹션(124)의 길이보다 작고, 튜브 섹션(126)의 길이보다 작다. 일 예시적인 실시예에서, 네크 섹션(120)의 축방향 길이는 플라즈마 수용 섹션(124)의 축방향 길이의 1/3 이하일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 네크 섹션(120) 및 튜브 섹션(126)은, 실질적으로 서로 동일하지만 플라즈마 수용 섹션(124)의 축방향 길이보다 작은 축방향 길이를 갖는다. 어느 경우든, 플라즈마 수용 섹션은 바람직하게는 네크 섹션(120)의 축방향 길이에 무관하게 튜브 섹션(126)의 축방향 길이보다 큰 축방향 길이를 갖는데, 이는 이하에 더 상세히 논의되는 바와 같이 이러한 구성이 코일(108)과 함께 사용될 때 플라즈마 챔버(118)의 소정의 부분에 더 균일한 밀도를 갖는 더 높은 농도의 플라즈마의 생성에 기여할 수 있기 때문이다. 특정 예에서, 플라즈마 수용 섹션(124)의 축방향 길이는 튜브 섹션(126)의 길이보다 2배 초과 길다. 일 예시적인 실시예에서, 플라즈마 수용 섹션(124)의 축방향 길이는 약 100 mm 내지 약 300 mm의 범위이고, 튜브 섹션(126)의 축방향 길이는 약 30 mm 내지 약 150 mm의 범위이다. 다른 실시예에서, 플라즈마 수용 섹션(124) 및 튜브 섹션(126)의 축방향 길이는 주변 구성 요소의 특정 치수에 따라 더 길거나 짧을 수 있다.
플라즈마 챔버(118)를 가로지르는 전기장을 제공하기 위해, 코일(108)은 용기(104)의 적어도 일부를 둘러싼다. 예시적인 실시예에서, 코일(108)은 구리와 같은 도전성 재료로 제조되는 단일 부재이다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 코일(108)은 그 사이에서 적어도 2개의 권선(140, 142)이 용기(104) 둘레에 형성되는 제1단부(136) 및 제2단부(138)를 갖는다. 제1단부(136)는 에너지원(110)에 전기적으로 결합된다. 제1권선(140)은 제1단부(136)로부터 연장되어 용기(104) 둘레에 하나의 완전한 회전을 이룬다. 제2권선(142)은 제1권선(140)과 일체로 형성되고 용기(104)를 한번 둘러싸고 커패시터(158) 및 전기 접지(159)에 전기적으로 결합되는 제2단부(138)에서 종결된다.
도 1에 도시된 바와 같은 예시적인 실시예에서, 제1권선(140)은 제2권선(142) 하부에 위치된다. 이러한 경우에, 제1권선(140)은 그 다른 부분보다 큰 직경을 갖는 플라즈마 수용 섹션(124)의 부분 둘레에 배치되기 때문에, 제1권선(140)은 대응적으로 제2권선(142)보다 큰 직경을 갖는다. 제1권선(140)은 약 10 cm 내지 약 40 cm의 범위의 직경을 가질 수 있고, 제2권선(142)은 약 10 cm 내지 약 35 cm의 범위의 직경을 가질 수 있다. 그러나, 권선(140, 142)의 직경은 용기(104)의 외경의 치수에 따라 전술된 범위보다 크거나 작을 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
제2권선(142)에 대한 제1권선(140)의 특정 위치 설정은 최대 플라즈마 밀도가 존재할 수 있는 용기(104) 내의 원환형 구역 또는 "플라즈마 구역"의 소정 위치에 의존할 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 구역(176)은 일반적으로 제1권선(140)에 가장 근접한 플라즈마 챔버(118)의 부분에 형성되는데, 이는 제1권선(140)이 에너지원(110)으로부터 처리 가스 내로 코일(108)의 임의의 다른 부분보다 많은 에너지를 분산시키기 때문이다. 그 결과, 제1권선(140)에 수용된 전류는 코일(108) 섹션의 임의의 다른 부분의 전압보다 높은 전압을 생성한다. 따라서, 플라즈마 구역(176)의 소정의 위치가 작업편(102)으로부터 특정 축방향 거리에 위치되면, 제1권선(140)은 이에 따라 용기(104)의 축방향 거리를 따르는 위치에 배치된다. 예시적인 실시예에 따르면, 적어도 2개의 권선(140, 142)이 포함된다. 특히, 제1권선(140)은 적어도 하나의 폐쇄된 루프가 형성되어 이에 의해 플라즈마 챔버(118) 내에 더 안정된 플라즈마가 생성되는 것을 보장하고, 제2권선(142)의 포함은 플라즈마 챔버(118) 내의 플라즈마의 균일성을 향상시킨다. 다른 실시예에서는 더 많은 권선이 포함될 수 있지만, 이들은 불필요한데, 이는 부가의 권선의 포함이 플라즈마 구역(176) 내의 플라즈마의 생성 또는 품질에 악영향을 주거나 이들을 실질적으로 향상시키지 않기 때문이다.
플라즈마 구역(176)을 형성하기 위해, 에너지원(110)은 코일(108)의 제1단부(136)에 직접 전기적으로 결합되어 회로를 형성한다. 도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 코일(108)을 포함하는 회로(200)의 개략도이고, 유사한 구성 요소가 유사한 도면 부호에 의해 표현되기 때문에 도 1과 함께 참조될 수 있다. 에너지원(110)은 무선 주파수(RF) 전압원 또는 전기장을 형성하기 위해 코일(108)을 여기할 수 있는 다른 에너지원일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 에너지원(110)은 소정의 주파수에서 작동하고 코일(108)에 신호를 공급하기 위한 능력을 위해 선택되는 RF 발생기(152)를 포함한다. 예를 들면, RF 발생기(152)는 약 0.2 MHz 내지 약 20.0 MHz의 주파수 범위 내에서 작동하도록 선택될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, RF 발생기(152)는 13.56 MHz에서 작동할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 에너지원(110)은 RF 발생기(152)와 코일(108) 사이에 배치된 정합 네트워크(matching network: 154)를 포함할 수 있다. 정합 네트워크(154)는 RF 발생기(152)의 임피던스를 코일(108)의 임피던스에 정합시키도록 구성된 임피던스 정합 네트워크일 수 있다. 이와 관련하여, 정합 네트워크(154)는 위상각 검출기 또는 제어 모터와 같은 구성 요소의 조합으로 이루어질 수 있지만, 다른 실시예에서는, 다른 구성 요소도 마찬가지로 포함될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
회로(200)의 다른 예시적인 실시예에서, 커패시터(158)가 포함되어 코일(108)을 통한 전압 흐름을 제한한다. 이와 관련하여, 커패시터(158)는 코일(108)을 통한 피크간 전압(peak-to-peak voltage) 흐름을 임계 전압으로 제한하는 정전용량(capacitance)을 갖도록 선택된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따르 면, 임계 전압은 코일(108) 및 RF 발생기(152)의 임피던스 값에 의존할 수 있다. 일 예에서, 커패시터(158)는 코일(108)을 통한 전압 흐름을 초기 전압 입력의 약 50%로 감소시키는 능력을 위해 선택될 수 있다. 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 커패시터(158)는 또한 정합 네트워크(154)의 임피던스 정합 용량을 향상시켜 RF 발생기(152)의 임피던스를 코일(108)의 임피던스로 정합하는 능력을 위해 선택된다. 어느 경우든, 커패시터(158)는 코일(108)과 전기 접지(159) 사이의 코일(108)의 제2단부(138)에 전기적으로 결합된다. 에너지원(110)과 코일(108) 사이 및/또는 권선(140, 142) 사이에 하나 이상의 커패시터를 포함하는 것과는 대조적으로, 코일(108)의 하류측에 전기 접지(159)에 더 근접하여 단일 커패시터(158)를 위치시킴으로써, 더 낮은 전압이 플라즈마 구역(176)에 플라즈마를 형성하는데 사용될 수 있다. 그 결과, 코일(108)을 따라 그리고 권선(140,142) 사이에서 경험된 전압 강하는 다른 회로 구조에서보다 낮을 수 있는데, 이는 용기(104)의 표면 상의 이온 충격 및 스퍼터링과 권선(140, 142)과 주변 구성 요소 사이의 아크 발생의 모두를 감소시킨다.
시스템 작동성을 최대화하기 위해, 코일(108)은 플라즈마 구역(176)에 의해 점유되는 플라즈마 챔버(118) 내의 체적을 최소화하고 플라즈마 구역(176) 내의 플라즈마 밀도를 최대화하는 용기(104) 둘레의 최적의 위치에 배치된다. 이에 한정되는 것은 아니지만 커패시터(158)에 의해 허용되는 최대 피크간 전압 흐름을 포함하는 다양한 인자가 최적의 위치의 결정에 기여한다. 이러한 경우에, 최대 전압은 코일(108) 및 커패시터(158)의 허용 가능한 임피던스 및 RF 발생기(152)의 허용 가 능한 임피던스를 결정할 수 있다. 이들 인자는 이어서 코일(108)의 총 길이를 결정하는데 이용될 수 있다. 따라서, 소정의 시스템 파라미터에 따라, 용기(104) 둘레에 적합한 대응 수의 권선(140, 142)에 의해, 코일(108)의 총 길이는 비교적 길 수 있고(예를 들면, 5 m를 초과하는 길이를 가짐), 비교적 짧을 수도 있다(1 m 미만인 길이를 가짐). 부가적으로, 각각의 권선(140, 142)은 용기(104)의 표면으로부터 이격하여 적합한 실질적으로 균일한 거리에 배치되어, 플라즈마 구역(176)이 용기(104)의 내부면(163)에 인접한 플라즈마 챔버(118) 내에 형성된다. 이러한 방식에서, 용기 내부면(163)은 처리 중에 챔버 출구(138)를 향해 반응성 래디칼을 안내할 수 있다. 예를 들면, 예시적인 실시예에서, 코일(108)은 용기로부터 10 mm 내지 30 mm 이격되는 범위에 있을 수 있다.
전술된 바와 같이, 플라즈마의 안정성 및 균일성을 향상시키기 위해, 적어도 2개의 권선은 코일(108)의 어떠한 총 길이에도 포함된다. 따라서, 각각의 권선은 코일(108) 및 권선이 위치될 수 있는 용기(104) 둘레에 실제 위치를 한정할 수 있는 특정 최대 직경을 가질 수 있다. 게다가, 코일(108)의 실제 위치는 용기(104)의 형상[예를 들면, 용기(104)가 실질적으로 균일한 직경을 갖는지 또는 그 축방향 길이를 따라 가변 직경을 갖는지 여부]에 좌우될 수 있다. 예를 들면, 일 예시적인 실시예에서, 용기(104)는 도 1에 도시된 바와 같은 그 축방향 길이에 따른 가변 직경을 가질 수 있고, 따라서 코일(108)은 용기(104)가 가장 작은 직경을 갖는 용기(104)의 축방향 길이를 따른 위치에 배치될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 플라즈마 수용 섹션(124)은 용기(104)의 가장 작은 직경을 가질 수 있고, 코 일(108)은 플라즈마 수용 섹션(124)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 플라즈마 수용 섹션(124)이 원추 형상을 갖는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에서, 코일(108)은 도 1에 도시된 바와 같이 플라즈마 수용 섹션(124)의 입구 및 출구 단부(122, 128) 사이에 위치될 수 있다.
처리 가스는 플라즈마 챔버(118) 내로의 분사 전에 확산되어 가스를 플라즈마 구역(176)으로 실질적으로 균일하게 분배할 수 있다. 이와 관련하여, 일 예시적인 실시예에서, 가스 유동 분배 리셉터클(106)은 플라즈마 챔버 입구(148)에 배치되고, 용기(104) 내의 플라즈마 구역(176)의 위치에 따라 다수의 형상 중 임의의 하나를 갖는다. 일 예시적인 실시예에 따르면, 가스 유동 분배 리셉터클(106)은 컵 부재(150)를 포함하고, 비전도성이고 처리 가스에 노출될 때 부식을 견딜 수 있는 재료로 제조된다. 적합한 재료는 예를 들면 석영과 같은 유전성 재료를 포함한다.
컵 부재(150)는 원통형 섹션(156) 및 라운딩 섹션(rounded section: 160)을 포함할 수 있다. 원통형 섹션(156)은 개방 단부(158)를 갖는 수용 캐비티(164)의 부분을 형성할 수 있다. 부가적으로, 원통형 섹션(156)은 플라즈마 챔버 입구(148)의 내경보다 작은 외경을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 플랜지(166)가 원통형 섹션(156)으로부터 반경방향 외향으로 연장된다. 플랜지(166)는 용기(106) 상의 적소에 가스 유동 분배 리셉터클(106)을 보유하는데 사용될 수 있고, 밀봉부(168)와 용기(106) 사이에 클램핑될 수 있다. 이와 관련하여, 플랜지(166)의 외경은 네크 섹션 입구(130)의 내경보다 크다. 예시적인 실시예에서, 플랜지(166)의 외경은 용기 립(132)의 외경과 실질적으로 동일하다(예를 들면, ±0.5 mm). 다른 예에서, 플랜지(166)의 외경은 더 크거나 작을 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 밀봉부(168)는 플랜지(166)의 외경과 실질적으로 동일하거나(예를 들면, ±0.5 mm) 또는 더 큰 직경을 갖는다. 예를 들면, 플랜지(166)는 약 40 mm 내지 약 70 mm의 범위인 외경을 가질 수 있고, 밀봉부(168)는 더 큰 직경을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 직경들은 더 작거나 클 수도 있다. 클램핑 고정구(clamping fixture)(167)가 적어도 플랜지(166), 밀봉부(168), 및 용기 립(132)을 둘러싸서 가스 유동 분배 리셉터클(106)이 용기(104) 상의 소정의 위치에 배치되어 유지되는 것을 보장할 수 있다. 수용 캐비티(164) 내로의 접근을 허용하기 위해, 밀봉부(168)는 하나 이상의 개구(170)를 포함할 수 있다. 개구(170)는 하나 이상의 대응 가스 연결 라인(172)을 수용하여 처리 가스원(177)과의 유체 연통을 제공하도록 구성될 수 있다.
라운딩 섹션(160)은 대체로 반구형이고, 그를 통해 그리고 수용 캐비티(164)를 통해 연장하는 종축(171)을 갖는다. 가스 분사 개구(182)는 라운딩 섹션(160) 내에 포함되고, 수용 캐비티(164)와 플라즈마 챔버(118) 사이의 유체 연통을 제공하도록 구성된다. 처리 가스가 플라즈마 챔버(118) 내로 분사되는 방식을 제어하기 위해, 가스 분사 개구(182)는 처리 가스가 미리 결정된 가스 분사 경로를 따라 유동하도록 형성되고 위치될 수 있다. 가스 분사 경로는 일반적으로 수용 캐비티(164) 내의 제1위치로부터 개구(182)를 통해 플라즈마 구역(176)에 실질적으로 인접하거나(예를 들면, ±0.5 mm) 그 상부에 있는 제 2 위치로 가스가 축방향으로 유동할 수 있게 한다. 플라즈마 구역(176)은 용기(104)의 플라즈마 수용 섹션(124) 둘레의 코일(108)의 배치에 의해 원환형이지만, 플라즈마 구역(176)은 중심에 최고 밀도를 가질 수 있고, 따라서 플라즈마 구역(176)은 다른 실시예에서는 디스크 형상일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1위치는 수용 캐비티(164)와 플라즈마 챔버(118) 사이의 압력차를 최적화하여 이에 의해 플라즈마 구역(176)으로의 거리를 최소화하면서 처리 가스의 속도를 최대화하는 수용 캐비티(164) 내의 지점이다. 예를 들면, 제1위치는 라운딩 섹션(160)의 내부면의 원주 상의 각각의 지점으로부터 실질적으로 등간격에 있는(예를 들면, ±0.5 mm) 수용 캐비티(164) 내의 지점일 수 있다. 컵 부재(150) 상의 개구(182)의 위치는 챔버(118) 내의 플라즈마 구역 중심(176)의 특정 위치에 의존할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
개구(182)의 수, 개구(182)의 크기, 및 개구(182)가 리셉터클(106)의 외부면(169)에 대해 형성되는 방향은 가스가 분사되는 방식을 더 제어하도록 추가로 선택될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 챔버(118) 내에 처리 가스를 실질적으로 균등하게 분배하기 위해, 30개 내지 40개의 개구(182)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 더 많거나 더 적은 개구(182)가 포함될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 개구(182)는 종축(171) 둘레에 대칭적으로 배치되고, 라운딩 섹션(160)의 원주 둘레에 실질적으로 균등하게 이격되어 링을 형성한다. 다른 예시적인 실시예에서, 개구(182)는 라운딩 섹션(160)의 원주 둘레에 균일하게 이격되어 있지 않다. 예를 들면, 2개 이상의 개구의 세트가 함께 근접하여 형성될 수 있고, 각각의 세트는 종축(171)으로부터 균등하게 이격될 수 있다. 어느 경우든, 개구(182)는 처리 가스 가 플라즈마 챔버(118) 내로 실질적으로 균등하게 분사될 수 있도록 이격된다.
본 발명의 일 예시적인 실시예에서, 각각의 개구(182)는 인접한 개구(182)의 직경과 실질적으로 동일한(예를 들면, ±0.5 mm) 직경을 갖는다. 다른 예시적인 실시예에서, 개구(182)는 일정 범위 내에서 변화하는 직경을 갖는다. 예를 들면, 각각의 개구(182)는 약 0.5 mm 내지 약 3.0 mm의 범위 내에 있는 직경을 가질 수 있다. 다른 예에서, 개구(182)는 전술된 직경 범위보다 크거나 작을 수도 있다.
도 3을 참조하면, 가스 분배 유동 리셉터클(106)의 라운딩 섹션의 확대 단면도가 제공된다. 각각의 개구(182)는 종축(171)에 대해 가스 분사 각도(α)로 리셉터클(106)을 통해 연장된다. 예시적인 실시예에서, 플라즈마 챔버(118) 내로 처리 가스를 더 균등하게 분산시키기 위해, 가스 분사 각도(α)는 종축(171)에 대해 0°보다 크고, 바람직하게는 약 45° 내지 약 90°의 범위이다. 예를 들면, 가스 분사 각도(α)는 약 60°일 수 있다. 다른 실시예에서, 가스 분사 각도는 전술된 범위보다 작거나 클 수도 있다.
도 1을 재차 참조하면, 에너지원(110)이 코일(108)을 여기할 때, 전기장이 플라즈마 챔버(118)의 선택된 부분에 형성되어 이에 의해 그를 통해 유동할 수 있는 처리 가스를 이온화하여 이온화된 가스를 형성할 수 있다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "이온화된 가스"는 이들에 한정되는 것은 아니지만 이온, 전자, 중성자, 여기된 종, 반응성 래디칼, 해리된 래디칼, 및 처리 가스가 전기장을 통해 유동할 때 생성될 수 있는 임의의 다른 종을 포함할 수 있다. 작업편(102)을 가로지르는 이온화된 가스의 분산을 제어하기 위해, 샤워헤드(112)가 플라즈마 챔버 출구(138) 에 위치될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 샤워헤드(112)는 플레이트(140)를 포함한다. 플레이트(140)는 알루미늄 또는 세라믹과 같은 플라즈마에 대해 비교적 불활성인 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 일반적으로, 플레이트(140)는 작업편(102)의 전체에 걸쳐 가스 분산을 허용하도록 치수 설정되고, 따라서 대응적으로 적합한 직경을 갖는다.
플레이트를 통한 가스 통과를 허용하기 위해, 플레이트(184)는 비교적 다공성이다. 특히, 플레이트(184)는 실질적으로 균일한 방식으로 작업편(102) 상에 이온화된 가스를 분산시키도록 적합하게 치수 설정되고 이격되어 있는 관통 구멍(186)을 포함한다. 일 예시적인 실시예에서, 관통 구멍(186)은 약 2 mm 내지 약 10 mm의 범위의 직경을 갖는다. 다른 예시적인 실시예에서, 관통 구멍(186)은 약 0.005 구멍/mm2 내지 약 0.2 구멍/mm2의 범위의 표면 밀도로 존재한다. 다른 실시예에서, 관통 구멍(186)은 전술된 범위보다 크거나 작은 치수를 갖는다. 다른 예시적인 실시예에서, 관통 구멍(186)은 실질적으로 균일하게 치수 설정된다(예를 들면, ±0.5 mm). 부가적으로, 관통 구멍(186)은 일 예시적인 실시예에서 샤워헤드(112) 상에 실질적으로 균일한 패턴으로 배치되지만, 다른 예시적인 실시예에서는, 관통 구멍(186)은 불균일 패턴으로 배치된다.
본 발명의 일 예시적인 실시예에서, 샤워헤드(112)는 도 1에 도시된 바와 같이 용기(104)에 직접 결합된다. 예를 들면, 샤워헤드(112)는, 플레이트(184)로부터 축방향으로 연장하고 볼트, 클램프, 접착제 또는 다른 체결 기구에 의해 용 기(104)에 결합되는 측벽(188)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 샤워헤드(112)는 용기(104)와 일체형일 수 있다. 측벽(188)은 플라즈마 구역(176)과 작업편(102) 사이에 추가의 거리를 제공하는데 사용될 수 있고, 따라서 이에 따라 구성될 수 있다.
도 1은 특정 구성 요소를 포함하는 플라즈마 발생기 시스템(100)의 실시예를 도시하고 있지만, 추가의 구성 요소 또는 도 1에 도시된 것과는 상이하게 성형된 구성 요소가 대안적으로 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 도 4는 시스템(400)의 용기(404)의 플라즈마 수용 섹션(424)이 돔 형상인 것을 제외하고는, 시스템(100)과 실질적으로 동일한 구성 요소를 포함하는 플라즈마 발생기 시스템(400)을 도시한다. 이 실시예에서, 돔 형상 플라즈마 수용 섹션(424)의 축방향 길이는 용기(404)의 튜브 섹션(426)의 축방향 길이보다 크다. 네크 섹션(420)이 플라즈마 수용 섹션(424)으로부터 연장하는 것으로서 도시되어 있지만, 다른 실시예는 네크 섹션(420)을 포함하지 않을 수도 있다. 부가적으로, 코일(408)의 제1권선(440) 및 제2권선(442)은 플라즈마 수용 섹션(424) 둘레에 배치되는 것으로서 도시되어 있지만, 다른 예시적인 실시예에서 코일(408)의 권선(440, 442)은 대안적으로 튜브 섹션(426)과 플라즈마 수용 섹션(424) 사이에 배치될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 플라즈마 발생기 시스템(500)의 단면도이다. 여기서, 플라즈마 발생기 시스템(500)은, 시스템(500)의 용기(504)가 그 전체 축방향 길이를 따라 실질적으로 균일한 직경을 갖는 것을 제 외하고는, 시스템(100, 400)의 것들과 실질적으로 유사한 구성 요소를 포함한다. 따라서, 코일(508)은 용기(504)의 부분을 둘러싸고 서로 실질적으로 동일한 직경을 갖는 제1권선(540) 및 제2권선(542)을 포함한다. 부가적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 코일(508)에 대한 샤워헤드(512), 작업편(502), 및 가스 유동 분배 리셉터클(506)의 치수 및 배치는 용기(504)의 형상에 기인하여 시스템(100, 400)과는 상이할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 플라즈마 발생기 시스템(600)의 단면도이다. 플라즈마 발생기 시스템(600)은 전술된 시스템(100)과 유사하지만, 용기(604)의 네크 섹션(620)의 부분으로서 형성된 가스 유동 분배 리셉터클(606)을 포함한다. 특히, 플레이트(684)는 플라즈마 챔버(618)로의 입구의 상류측에 배치된다. 플레이트(684)는 처리 가스가 작동 중에 그를 통해 유동하는 개구(682)를 포함하고, 개구(682)는 도 1의 가스 분배 리셉터클(106) 내에 포함된 것들과 실질적으로 유사하게 형성된다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에서, 도 7은 플레이트(784)가 용기(704)의 플라즈마 수용 섹션(724) 내에 배치된 것을 제외하고는 전술된 시스템(600)과 유사한 플라즈마 발생기 시스템(700)의 단면도이다. 예시적인 실시예에 따르면, 원통형 측벽(780)이 용기의 네크부(720)로부터 플라즈마 수용 섹션(724)에 의해 형성된 플라즈마 챔버(718) 내로 연장되고, 플레이트(784)는 네크 섹션(720)의 단부를 포위한다. 개구(782)는 시스템(600) 내에 포함된 것들과 실질적으로 유사하게 플레이트(784) 내에 형성된다.
시스템(100)의 어떠한 특정 물리적 실시예에서도, 각각의 실시예는 유사한 방법에 따라 플라즈마를 형성한다. 도 8은 시스템(100, 400, 500, 600, 700)과 함께 사용될 수 있는 예시적인 실시예에 따른 플라즈마 형성 방법(800)의 흐름도이다. 예시적인 실시예에서, 전류 발생기로부터의 전류가 용기를 둘러싸는 단일 코일의 제1단부에 공급되어 제1단부로부터 연장하는 제1권선 및 단일 코일의 제2단부로 연장하는 제2권선을 여기한다(단계 802). 다음에, 공급된 전류에 기초하여 전압의 임피던스가 감소되고 전기장이 형성된다(단계 804). 예시적인 실시예에 따르면, 감소는 발생기의 임피던스 값을 단일 코일의 임피던스 값과 정합하는 임피던스 정합 네트워크를 통해 전류를 흐르게 함으로써 성취된다(단계 806). 다른 예시적인 실시예에 따르면, 감소는 제2권선의 하류측 및 접지의 상류측에서 단일 코일의 제2단부에 전기적으로 결합된 커패시터를 통해 전류를 흐르게 함으로써 또한 성취될 수 있다(단계 808).
처리 가스는 전기장을 통해 유동하여 플라즈마를 형성할 수 있다(단계 810). 예시적인 실시예에 따르면, 처리 가스는 용기의 입구에 위치된 가스 분배 리셉터클을 통해 용기 내로 분사될 수 있다. 리셉터클은 용기의 부분으로서 일체로 형성되거나 용기와는 별도로 형성될 수 있다. 일 예에서, 가스 분배 리셉터클은 그를 통해 연장하는 종축에 대해 소정 각도로 내부에 형성되어 대부분의 처리 가스가 전기장을 통해 유동할 수 있게 하는 복수의 개구를 가질 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 처리 가스는 종축에 대해 45° 내지 90°의 범위의 각도인 개구를 통해 분사될 수 있다. 다른 예에서, 처리 가스는 종축에 대해 60°의 각도로 개구를 통해 분사될 수 있다. 부가적으로, 각각의 개구는 인접한 개구의 직경과 실질적으로 동일한(예를 들면, ±0.5 mm) 직경을 가질 수 있다.
처리 가스를 위해 선택된 특정 가스는 플라즈마가 사용될 수 있는 특정 프로세스에 의존할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 처리 가스는 불소-함유 가스를 포함한다. 사용에 적합한 불소-함유 가스의 예는 3불화질소(NF3), 6불화황(SF6), 헥사플루오로에탄(C2F6), 테트라플루오로메탄(CF4), 트리플루오로메탄(CHF3), 디플루오로메탄(CH2F2), 옥토플루오로프로판(C3F8), 옥토플루오로사이클로부탄(C4F8), 옥토플루오로[1-]부탄(C4F8), 옥토플루오로[2-]부탄(C4F8), 옥토플루오로이소부틸렌(C4F8), 불소(F2) 등을 포함한다. 다른 실시예에서, 처리 가스는 산소-함유 가스를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 산소-함유 가스는 이들에 한정되는 것은 아니지만 산소(O2) 및 N2O를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 처리 가스는 예를 들면, 질소(N2), 헬륨, 아르곤 등과 같은 불활성 가스를 추가로 포함할 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 처리 가스는 플라즈마 스트리핑 프로세스에 사용될 수 있고, 유동 퍼센트로 20:8:1의 비율의 O2/N2/CF4와 같은 가스의 혼합물일 수 있다. 다른 실시예에서, 혼합물은 상이한 비율의 전술된 가스를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상이한 가스 및 상이한 비율이 사용될 수도 있다.
플라즈마가 형성된 후에, 이는 플라즈마가 작업편의 표면을 개질하는데 이용될 수 있는 다양한 프로세스에 사용될 수 있다. 예를 들면, 예시적인 실시예에서, 플라즈마는 플라즈마 스트리핑 또는 애싱 프로세스에 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 처리 가스의 연속적인 공급물이 용기 내로 공급되어 그 내부에서 그리고 전기장을 통해 순환할 수 있게 된다. 가스의 일부는 반응성 래디컬로 해리한다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 반응성 래디칼은 용기의 출구에 배치된 작업편으로 유동한다. 예를 들면, 처리 가스가 불소-함유 가스를 포함하는 실시예에서, 불소-함유 가스의 일부가 이온화되어 전자, 불소 이온 및 반응성 불소 래디칼을 포함하는 플라즈마를 형성한다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 반응성 불소 래디칼의 일부는 플라즈마 챔버를 통해 그리고 샤워헤드를 통해 유동할 수 있고 작업편 상에 퇴적될 수 있고, 반응성 불소 래디칼의 다른 부분은 작업편 상에 퇴적하기 전에 플라즈마 챔버 내에서 재순환할 수 있다. 다음에, 이온화된 가스가 작업편 상에 퇴적된다. 예를 들면, 반응성 래디칼을 포함하는 이온화된 가스는 플라즈마 챔버로부터 샤워헤드를 통해 작업편 상으로 유동한다.
이제 통상의 플라즈마 발생기 시스템과 비교할 때 시스템 구성 요소의 감소된 이온 충격 및/또는 스퍼터링을 갖는 시스템이 제공된다. 이온 충격 및 스퍼터링의 감소에 의해, 개량된 플라즈마 발생기 시스템은 이제 통상의 플라즈마 발생기 시스템의 구성 요소와 비교하여 향상된 사용 수명을 갖는 가스 유동 분배 리셉터클 및 튜브와 같은 구성 요소를 포함한다. 그 결과, 시스템의 유지 보수 비용이 마찬가지로 감소된다.
적어도 하나의 예시적인 실시예가 본 발명의 상기 상세한 설명에 제시되었지만, 무수히 많은 변형예가 존재한다는 것을 이해해야 한다. 예시적인 실시예 또는 예시적인 실시예들은 단지 예일 뿐이고, 본 발명의 범주, 적용성, 또는 구성을 어떠한 방식으로도 한정하도록 의도되는 것은 아니라는 것을 또한 이해해야 한다. 오히려, 상기 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시예를 구현하기 위한 적합한 로드 맵(road map)을 당 기술 분야의 숙련자들에게 제공할 것이다. 다양한 변경이 첨부된 청구범위에 설명된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 일탈하지 않고 예시적인 실시예에 설명된 요소의 기능 및 배열에 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마 발생기 시스템의 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 플라즈마 발생기 시스템으로 구현될 수 있는 회로의 개략도.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 도 1의 가스 유동 분배 리셉터클의 라운딩 섹션의 확대 단면도.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마 발생기 시스템의 개략 단면도.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마 발생기 시스템의 개략 단면도.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마 발생기 시스템의 개략 단면도.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마 발생기 시스템의 개략 단면도.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마 형성 방법의 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 플라즈마 발생기 시스템 102: 작업편
104: 용기 106: 가스 유동 분배 리셉터클
108: 코일 110: 에너지원
112: 샤워헤드 116: 측벽
118: 플라즈마 챔버 120: 네크 섹션
122: 입구 단부 124: 플라즈마 수용 섹션
126: 튜브 섹션 128: 출구 단부
130: 입구 132: 립
136: 제1단부 138; 제2단부
140: 제1권선 142: 제2권선
152: RF 발생기 154: 정합 네트워크
156: 원통형 섹션 158: 커패시터
159: 전기 접지 176: 플라즈마 구역

Claims (25)

  1. 플라즈마 발생기 시스템으로서,
    용기;
    상기 용기 둘레에 배치되고, 제1단부, 제2단부, 제1권선, 및 제2권선을 갖는 단일 부재인 단일 코일;
    상기 단일 부재의 제1단부에 직접 전기적으로 결합된 에너지원; 및
    상기 단일 부재의 제2단부에 직접 전기적으로 결합된 커패시터를 포함하고,,
    상기 제1권선은 상기 제1단부로부터 연장되고, 상기 제2권선은 상기 제1권선과 일체형이고 상기 제2단부로 연장되는 플라즈마 발생기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 에너지원은 정합 네트워크 및 그에 전기적으로 결합된 무선 주파수 발생기를 포함하는 플라즈마 발생기 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 전기 접지를 추가로 포함하고, 상기 커패시터는 상기 단일 부재의 제2단부와 상기 전기 접지 사이에 배치되는 플라즈마 발생기 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 커패시터는 상기 코일을 통한 피크간 전압 흐름을 상기 단일 부재의 제1단부 내로 향하는 초기 전압 입력의 약 50%인 임계 전압으로 제한하도록 구성되는 플라즈마 발생기 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1권선은 상기 제2권선의 직경보다 큰 직경을 갖는 플라즈마 발생기 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 용기는 챔버를 형성하고, 입구를 가지며,
    상기 시스템은, 상기 용기 입구 내에 배치되고, 가스 유동 분배 리셉터클을 통해 연장하는 종축에 대해 가스 분사 각도로 형성된 복수의 개구를 포함하는 가스 유동 분배 리셉터클을 추가로 포함하고,
    상기 단일 코일은 그에 공급된 에너지에 응답하여 상기 챔버 내에 플라즈마 구역을 형성하기 위해 상기 용기의 챔버를 가로질러 전기장을 제공하도록 구성되고,
    가스가 상기 가스 유동 분배 리셉터클에 공급될 때, 상기 복수의 개구를 통해 유동하는 대부분의 가스는 플라즈마 구역으로 안내되는 플라즈마 발생기 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 가스 분사 각도는 약 45° 내지 약 90°의 범위인 플라즈마 발생기 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 복수의 개구들중 각각의 개구는 약 0.5 mm 내지 약 5.0 mm의 범위의 직경을 갖는 플라즈마 발생기 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 용기는 축방향 길이 및 상기 축방향 길이를 따르는 실질적으로 균일한 직경을 갖는 플라즈마 발생기 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기는 그 축방향 길이를 따르는 가변 직경의 플라즈마 수용 섹션 및 그로부터 연장하는 튜브 섹션을 갖고, 상기 튜브 섹션은 그 축방향 길이를 따르는 균일한 직경을 갖고,
    상기 단일 코일은 상기 플라즈마 수용 섹션을 둘러싸는 플라즈마 발생기 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 단일 코일은 그에 공급된 에너지에 응답하여 그 내부에 플라즈마 구역을 형성하기 위해 상기 용기를 가로지르는 전기장을 제공하도록 구성되고, 상기 플라즈마 구역은 상기 단일 부재의 제1권선에 근접하여 배치되는 플라즈마 발생기 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 용기의 튜브 섹션은 상기 플라즈마 수용 섹션의 축방향 길이보다 작은 축방향 길이를 갖는 플라즈마 발생기 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 플라즈마 수용 섹션은 돔 형상을 갖는 플라즈마 발 생기 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 플라즈마 수용 섹션은 원추형 형상을 갖는 플라즈마 발생기 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 용기의 출구에 배치된 샤워헤드를 추가로 포함하는 플라즈마 발생기 시스템.
  16. 플라즈마 발생기 시스템으로서,
    챔버를 형성하고 입구를 갖는 용기;
    상기 용기 둘레에 배치되고, 제1단부, 제2단부, 제1권선, 및 제2권선을 갖는 단일 부재인 단일 코일;
    상기 단일 부재의 제1단부에 직접 전기적으로 결합된 에너지원;
    상기 단일 부재의 제2단부에 직접 전기적으로 결합된 커패시터; 및
    상기 용기 입구 내에 배치되고, 가스 유동 분배 리셉터클을 통해 연장하는 종축에 대해 가스 분사 각도로 형성된 복수의 개구를 포함하는 가스 유동 분배 리셉터클을 포함하고,
    상기 제1권선은 상기 제1단부로부터 연장되고, 상기 제2권선은 상기 제1권선과 일체형이고 상기 제2단부로 연장되고,
    상기 단일 코일은 그에 공급된 에너지에 응답하여 상기 챔버 내에 플라즈마 구역을 형성하기 위해 상기 용기의 챔버를 가로지르는 전기장을 제공하도록 구성되고,
    가스가 상기 가스 유동 분배 리셉터클에 공급될 때, 상기 복수의 개구를 통해 유동하는 대부분의 가스는 상기 플라즈마 구역으로 안내되는 플라즈마 발생기 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 에너지원은 정합 네트워크 및 그에 전기적으로 결합된 무선 주파수 발생기를 포함하는 플라즈마 발생기 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서, 전기 접지를 추가로 포함하고, 상기 커패시터는 상기 단일 부재의 제2단부와 상기 전기 접지 사이에 배치되는 플라즈마 발생기 시스템.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 커패시터는 상기 코일을 통한 피크간 전압 흐름을 상기 단일 부재의 제1단부 내로 향하는 초기 전압 입력의 약 50%인 임계 전압으로 제한하도록 구성되는 플라즈마 발생기 시스템.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 가스 분사 각도는 약 45° 내지 약 90°의 범위인 플라즈마 발생기 시스템.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 복수의 개구들중 각각의 개구는 약 0.5 mm 내지 약 5.0 mm의 범위의 직경을 갖는 플라즈마 발생기 시스템.
  22. 플라즈마 형성 방법으로서,
    제1단부로부터 연장하는 제1권선 및 단일 코일의 제2단부로 연장하는 제2권선을 여기하기 위해 용기를 둘러싸는 단일 코일의 제1단부에 전류를 공급하는 단계; 및
    전기장을 형성하기 위해 상기 제2권선의 하류측에서 상기 단일 코일의 제2단부에 전기적으로 결합된 커패시터를 통해 전류를 흐르게 함으로써 전류에 기초하여 전압의 임피던스를 감소시키는 단계; 및
    상기 용기 내에 플라즈마를 형성하기 위해 전기장 내에 처리 가스를 분사하는 단계를 포함하는 플라즈마 형성 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 대부분의 처리 가스를 전기장을 통해 유동시킬 수 있도록 상기 용기를 통해 연장하는 종축에 대해 일정 각도로 처리 가스를 분사하는 단계를 추가로 포함하는 플라즈마 형성 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 감소 단계는 상기 단일 코일의 제1단부에 결합된 발생기의 임피던스 값을 상기 단일 코일의 임피던스 값과 정합시키는 임피던스 정합 네트워크를 통해 전류를 공급하는 단계를 포함하는 플라즈마 형성 방법.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 감소 단계는 상기 제2권선의 하류측 및 접지의 상류측에서 상기 단일 코일의 제2단부에 전기적으로 결합된 커패시터를 통해 전류를 흐르게 하는 단계를 포함하는 플라즈마 형성 방법.
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