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JP7042142B2 - Plasma generator - Google Patents

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JP7042142B2
JP7042142B2 JP2018070222A JP2018070222A JP7042142B2 JP 7042142 B2 JP7042142 B2 JP 7042142B2 JP 2018070222 A JP2018070222 A JP 2018070222A JP 2018070222 A JP2018070222 A JP 2018070222A JP 7042142 B2 JP7042142 B2 JP 7042142B2
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Description

本発明は誘導結合型のプラズマ発生装置に関する。 The present invention relates to an inductively coupled plasma generator.

半導体製造プロセスにおいては、プラズマを用いた半導体ウェハの成膜処理、エッチング処理等が行われている。特許文献1には、誘導結合プラズマ(ICP :Inductively Coupled Plasma)型のプラズマ発生装置が開示されている。当該プラズマ発生装置においては、アンテナコイルとプラズマとの静電結合の度合いを弱めるために、アンテナコイルと、真空管との間にファラデーシールドと呼ばれる金属板が挿入されている。 In the semiconductor manufacturing process, a film forming process and an etching process of a semiconductor wafer using plasma are performed. Patent Document 1 discloses an inductively coupled plasma (ICP) type plasma generator. In the plasma generator, a metal plate called a Faraday shield is inserted between the antenna coil and the vacuum tube in order to weaken the degree of electrostatic coupling between the antenna coil and the plasma.

特表2002-537648号公報Special Table 2002-537648

しかしながら、アンテナコイルと真空管との間に金属板を挿入した場合、アンテナコイルが真空管に接触するように真空管の外周に巻回する場合に比べて、金属板の厚みの分だけアンテナコイルとプラズマとの距離が開くので、誘導結合の度合いが弱まり、力率が低下する。この低下分を補うために、アンテナコイルに電圧及び電流を供給する高周波電源の出力を大きくする必要がある。すなわち、電力損失が大きくなるという問題が生じている。なお、金属板の厚みは一般的に数mm程度である。更に金属板の内部に冷媒が通流する冷媒流路を設けて真空管を冷却するようにする場合は、金属板の厚みは薄くても10mm程度になってしまう。 However, when a metal plate is inserted between the antenna coil and the vacuum tube, the antenna coil and plasma are separated by the thickness of the metal plate compared to the case where the antenna coil is wound around the outer circumference of the vacuum tube so as to come into contact with the vacuum tube. As the distance between the two increases, the degree of inductive coupling weakens and the power factor decreases. In order to compensate for this decrease, it is necessary to increase the output of the high frequency power supply that supplies voltage and current to the antenna coil. That is, there is a problem that the power loss becomes large. The thickness of the metal plate is generally about several mm. Further, when a refrigerant flow path through which the refrigerant flows is provided inside the metal plate to cool the vacuum tube, the thickness of the metal plate is about 10 mm even if it is thin.

ここで、上記の誘導結合に関するシミュレーションを行い、アンテナコイルと真空管の外周面との距離Dと、距離D=0mmの誘導結合の度合いを100%とした場合の誘導結合の度合いR[%]との関係を調査した。
その結果、表1に示すように、アンテナコイルと真空管の外周面との距離D=10mmの場合(金属板の厚みが10mmの場合に相当)には、誘導結合の度合いR=約53%となるので、誘導結合の度合いが約47%低下することが分かった。
また、アンテナコイルと真空管の外周面との距離D=1mmの場合(金属板の厚みが1mmの場合に相当)には、誘導結合の度合いR=約90%となるので、誘導結合の度合いが約10%低下することが分かった。
このように、アンテナコイルと真空管との間に金属板が挿入することによりファラデーシールドを構成する場合には、誘導結合の度合いが大きく低下し、ひいては大きな電力損失が生じてしまうことが分かった。
Here, the above simulation of inductive coupling is performed, and the distance D between the antenna coil and the outer peripheral surface of the vacuum tube and the degree of inductive coupling R [%] when the degree of inductive coupling at a distance D = 0 mm is 100%. I investigated the relationship.
As a result, as shown in Table 1, when the distance D = 10 mm between the antenna coil and the outer peripheral surface of the vacuum tube (corresponding to the case where the thickness of the metal plate is 10 mm), the degree of inductive coupling R = about 53%. Therefore, it was found that the degree of inductive coupling was reduced by about 47%.
Further, when the distance D between the antenna coil and the outer peripheral surface of the vacuum tube is D = 1 mm (corresponding to the case where the thickness of the metal plate is 1 mm), the degree of inductive coupling R = about 90%, so that the degree of inductive coupling is high. It was found to decrease by about 10%.
As described above, when a metal plate is inserted between the antenna coil and the vacuum tube to form a Faraday shield, it has been found that the degree of inductive coupling is greatly reduced, which in turn causes a large power loss.

なお、上記シミュレーションは、次の条件で行った。
・真空管の形状:円筒形状
・真空管の材質:石英、アルミナ等の非導電性材料
・真空管の内径:約76mm
・真空管の外径:約80mm
・真空管の厚み:約2mm
・真空管の長手方向の長さ:約310mm
・アンテナコイルの材質:銅
・アンテナコイル:10mm角のエッジワイズ
・アンテナコイルの内径:真空管外周面と距離D(0~10mm)だけ離隔する寸法
・アンテナコイルに流れる電流の周波数:1MHz
The above simulation was performed under the following conditions.
・ Vacuum tube shape: Cylindrical shape ・ Vacuum tube material: Non-conductive material such as quartz and alumina ・ Vacuum tube inner diameter: Approximately 76 mm
・ Outer diameter of vacuum tube: Approximately 80 mm
・ Thickness of vacuum tube: Approximately 2 mm
-Length of vacuum tube: Approximately 310 mm
・ Antenna coil material: Copper ・ Antenna coil: 10 mm square edgewise ・ Antenna coil inner diameter: Dimensions separated from the outer peripheral surface of the vacuum tube by a distance D (0 to 10 mm) ・ Frequency of current flowing through the antenna coil: 1 MHz

Figure 0007042142000001
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本発明の目的は、アンテナコイルとプラズマとの静電結合の度合いを抑制しつつ、アンテナコイルとプラズマとの誘導結合の度合いを最大化することができるプラズマ発生装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma generator capable of maximizing the degree of inductively coupled between an antenna coil and plasma while suppressing the degree of electrostatic coupling between the antenna coil and plasma.

本発明に係るプラズマ発生装置は、材料ガスが流入する真空管と、該真空管の外周に巻回され、該真空管内に材料ガスのプラズマを発生させるためのアンテナコイルとを備えるプラズマ発生装置であって、前記真空管の外周面に成膜された導電性材料からなるファラデーシールド膜を備える。 The plasma generator according to the present invention is a plasma generator including a vacuum tube into which a material gas flows and an antenna coil wound around the outer periphery of the vacuum tube to generate plasma of the material gas in the vacuum tube. The plasma shield film made of a conductive material formed on the outer peripheral surface of the vacuum tube is provided.

本発明にあっては、プラズマ発生装置は、真空管の外周面に成膜されたファラデーシールド膜を有する。ファラデーシールド膜は、薄膜であるため真空管のより近傍にアンテナコイルを配することができ、アンテナコイルとプラズマとの誘導結合の度合いを向上させることができる。 In the present invention, the plasma generator has a Faraday shield film formed on the outer peripheral surface of the vacuum tube. Since the Faraday shield film is a thin film, the antenna coil can be arranged closer to the vacuum tube, and the degree of inductive coupling between the antenna coil and the plasma can be improved.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜は導電性材料を溶射又はメッキしてなる。 In the plasma generator according to the present invention, the Faraday shield film is formed by spraying or plating a conductive material.

本発明にあっては、導電性材料の溶射によって真空管の外周面にファラデーシールド膜を形成している。そのため、膜の厚みを調整することができる(例えば10μmオーダで膜の厚みを調整することができる)。 In the present invention, a Faraday shield film is formed on the outer peripheral surface of the vacuum tube by thermal spraying of a conductive material. Therefore, the thickness of the film can be adjusted (for example, the thickness of the film can be adjusted on the order of 10 μm).

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜の厚みは10μm以上300μm未満である。 In the plasma generator according to the present invention, the thickness of the Faraday shield film is 10 μm or more and less than 300 μm.

本発明にあっては、ファラデーシールド膜は10μm以上300μm未満であるため、真空管の近傍にアンテナコイルを配することができ、アンテナコイルとプラズマとの誘導結合の度合いを向上させることができる。 In the present invention, since the Faraday shield film is 10 μm or more and less than 300 μm, the antenna coil can be arranged in the vicinity of the vacuum tube, and the degree of inductive coupling between the antenna coil and the plasma can be improved.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜を複数備え、各ファラデーシールド膜は前記真空管の軸方向に長く、互いに周方向に離隔しており、一部の前記ファラデーシールド膜は基準電位に接続されている。 The plasma generator according to the present invention includes a plurality of the Faraday shield films, each Faraday shield film is long in the axial direction of the vacuum tube and is separated from each other in the circumferential direction, and some of the Faraday shield films have a reference potential. It is connected.

本発明にあっては、真空管の長手方向に伸びた帯状のファラデーシールド膜が、真空管の周方向に離隔して複数形成されている。従って、アンテナコイルが形成する磁場によって誘導された渦電流が、真空管の周方向に流れないようにすることができる。また、アンテナコイルとプラズマとの静電結合の度合いを全体的に弱めることができる。
また、複数のファラデーシールド膜の全部を基準電位に接続するのでは無く、その一部のファラデーシールド膜を基準電位に接続する構成であるため、静電結合の度合いを調整することができる。
In the present invention, a plurality of strip-shaped Faraday shield films extending in the longitudinal direction of the vacuum tube are formed at intervals in the circumferential direction of the vacuum tube. Therefore, the eddy current induced by the magnetic field formed by the antenna coil can be prevented from flowing in the circumferential direction of the vacuum tube. In addition, the degree of electrostatic coupling between the antenna coil and the plasma can be weakened as a whole.
Further, since the configuration is such that not all of the plurality of Faraday shield films are connected to the reference potential, but some of the Faraday shield films are connected to the reference potential, the degree of electrostatic coupling can be adjusted.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜と基準電位とを接続するグランド線を開閉するスイッチを備える。 The plasma generator according to the present invention includes a switch for opening and closing the ground wire connecting the Faraday shield film and the reference potential.

本発明にあっては、前記ファラデーシールド膜と基準電位とを接続するグランド線を開閉するスイッチを備えているので、ファラデーシールド膜の基準電位への接続の有無を切り換えて、静電結合の度合いを調整することができる。 In the present invention, since the switch for opening and closing the ground wire connecting the Faraday shield film and the reference potential is provided, the presence or absence of the connection to the reference potential of the Faraday shield film can be switched to determine the degree of electrostatic coupling. Can be adjusted.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜を覆う絶縁膜を備える。 The plasma generator according to the present invention includes an insulating film that covers the Faraday shield film.

本発明にあっては、ファラデーシールド膜を覆う絶縁膜を備えるため、アンテナコイル及びファラデーシールド間の放電を抑制することができ、真空管のより近傍にアンテナコイルを配することができる。アンテナコイルを真空管の外周面に接触させて、当該真空管に巻回させることも可能である。従って、アンテナコイルとプラズマとの誘導結合の度合いを向上させることができる。 In the present invention, since the insulating film covering the Faraday shield film is provided, the discharge between the antenna coil and the Faraday shield can be suppressed, and the antenna coil can be arranged closer to the vacuum tube. It is also possible to bring the antenna coil into contact with the outer peripheral surface of the vacuum tube and wind it around the vacuum tube. Therefore, the degree of inductively coupled between the antenna coil and the plasma can be improved.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記絶縁膜は非導電性材料を溶射してなる。 In the plasma generator according to the present invention, the insulating film is formed by spraying a non-conductive material.

本発明にあっては、非導電性材料の溶射によって真空管の外周面に絶縁膜を形成してある。従って、10μmオーダの絶縁膜を真空管の外周面に形成することができる。 In the present invention, an insulating film is formed on the outer peripheral surface of the vacuum tube by thermal spraying of a non-conductive material. Therefore, an insulating film on the order of 10 μm can be formed on the outer peripheral surface of the vacuum tube.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜と前記絶縁膜との厚みの合計は、300μm未満である。 In the plasma generator according to the present invention, the total thickness of the Faraday shield film and the insulating film is less than 300 μm.

本発明にあっては、ファラデーシールド膜及び絶縁膜を溶射にて形成でき、従来よりも薄く形成することができるので、300μm未満にすることが可能である。そのため、誘導結合の低下度合いを大幅に低減させることができる。 In the present invention, the Faraday shield film and the insulating film can be formed by thermal spraying and can be formed thinner than the conventional one, so that the thickness can be made less than 300 μm. Therefore, the degree of decrease in inductive coupling can be significantly reduced.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記アンテナコイルは、前記絶縁膜に接触している。 In the plasma generator according to the present invention, the antenna coil is in contact with the insulating film.

本発明にあっては、アンテナコイルは絶縁膜に接触している。従って、アンテナコイル及び真空管の距離は最短であり、アンテナコイルとプラズマとの誘導結合の度合いを最大化することができる。 In the present invention, the antenna coil is in contact with the insulating film. Therefore, the distance between the antenna coil and the vacuum tube is the shortest, and the degree of inductive coupling between the antenna coil and the plasma can be maximized.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記アンテナコイルは、前記絶縁膜に対して熱的に接触しており、前記アンテナコイルは、内部に冷媒が通流する冷媒流路を有する。 In the plasma generator according to the present invention, the antenna coil is in thermal contact with the insulating film, and the antenna coil has a refrigerant flow path through which the refrigerant flows.

本発明にあっては、冷媒流路を有するアンテナコイルが絶縁膜に対して熱的に接触している。従って、アンテナコイルに冷媒を通流させることによって、真空管を冷却することができる。 In the present invention, the antenna coil having the refrigerant flow path is in thermal contact with the insulating film. Therefore, the vacuum tube can be cooled by passing the refrigerant through the antenna coil.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記アンテナコイルは、断面角形のエッジワイズコイルであり、前記絶縁膜に直接的又は間接的に面接触している。 In the plasma generator according to the present invention, the antenna coil is an edgewise coil having a square cross section, and is in direct or indirect surface contact with the insulating film.

本発明にあっては、アンテナコイルはエッジワイズコイルであり、絶縁膜に対して直接的又は間接的に面接触している。従って、真空管をより効率的に冷却することができる。 In the present invention, the antenna coil is an edgewise coil and is in direct or indirect surface contact with the insulating film. Therefore, the vacuum tube can be cooled more efficiently.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記絶縁膜は、前記真空管の周方向全周を覆う。 In the plasma generator according to the present invention, the insulating film covers the entire circumference of the vacuum tube in the circumferential direction.

本発明にあっては、絶縁膜は真空管の周方向全周を覆っている。従って、絶縁膜をファラデーシールド膜部分のみに形成する場合に比べて、真空管の外周面を均一に均すことができる。よって、アンテナコイル及び真空管の接触面積を大きくし、冷却性を向上させることができる。 In the present invention, the insulating film covers the entire circumference of the vacuum tube in the circumferential direction. Therefore, the outer peripheral surface of the vacuum tube can be uniformly leveled as compared with the case where the insulating film is formed only on the Faraday shield film portion. Therefore, the contact area between the antenna coil and the vacuum tube can be increased, and the cooling performance can be improved.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記真空管の軸方向における前記アンテナコイルの間隙に配され、前記アンテナコイル又は前記真空管の熱を放熱する放熱部材を備える。 The plasma generator according to the present invention includes a heat radiating member which is arranged in the gap of the antenna coil in the axial direction of the vacuum tube and dissipates heat from the antenna coil or the vacuum tube.

本発明にあっては、アンテナコイルを構成する導線部分の間隙に放熱部材が配されている。従って、真空管の熱は、アンテナコイル及び放熱部材を通じて、放出される。よって、真空管をより効率的に冷却することができる。 In the present invention, the heat radiating member is arranged in the gap of the conducting wire portion constituting the antenna coil. Therefore, the heat of the vacuum tube is released through the antenna coil and the heat dissipation member. Therefore, the vacuum tube can be cooled more efficiently.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記放熱部材は弾性を有するシリコン樹脂である。 In the plasma generator according to the present invention, the heat radiating member is an elastic silicon resin.

本発明にあっては、放熱部材は弾性を有するため、アンテナコイルの熱膨張に対応することができる。また、放熱部材はシリコン樹脂であるため、絶縁性と、所要の熱伝導率を担保することができる。 In the present invention, since the heat radiating member has elasticity, it is possible to cope with the thermal expansion of the antenna coil. Further, since the heat radiating member is made of silicon resin, it is possible to secure the insulating property and the required thermal conductivity.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜と絶縁膜との間に中間層を有する。 The plasma generator according to the present invention has an intermediate layer between the Faraday shield film and the insulating film.

本発明にあっては、中間層を設けることによって、ファラデーシールド膜と絶縁膜との結合性を向上させることができる。中間層は、ファラデーシールド膜及び絶縁膜の中間的物性を有する材料である。 In the present invention, the bondability between the Faraday shield film and the insulating film can be improved by providing the intermediate layer. The intermediate layer is a material having intermediate physical properties between the Faraday shield film and the insulating film.

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記真空管と前記ファラデーシールド膜との間に中間層を有する。 The plasma generator according to the present invention has an intermediate layer between the vacuum tube and the Faraday shield film.

本発明にあっては、中間層を設けることによって、真空管とファラデーシールド膜との結合性を向上させることができる。中間層は、真空管及びファラデーシールド膜の中間的物性を有する材料である。 In the present invention, the bondability between the vacuum tube and the Faraday shield film can be improved by providing the intermediate layer. The intermediate layer is a material having intermediate physical properties between the vacuum tube and the Faraday shield film.

本発明によれば、アンテナコイルとプラズマとの静電結合の度合いを抑制しつつ、アンテナコイルとプラズマとの誘導結合の度合いを最大化することができる。
なお、誘導結合を最大化させるとは、必ずしも理想的に実現可能な最大の誘導結合の度合い、シミュレーション上で実現可能な最大の誘導結合の度合いを意味するものでは無い。また、必ずしも試作品及び実製品において設計ないし実現可能な最大の誘導結合の度合いを意味するものでも無い。上記発明の効果は、コスト、製品設計、他の機能との兼ね合い、その他種々の理由により、誘導結合の度合いが最大化されていないプラズマ発生装置を本発明から除外する趣旨では無い。
本件発明は、アンテナコイルとプラズマとの誘導結合の度合いをなるべく低下させないで、アンテナコイルとプラズマとの静電結合の度合いを抑制する効果を奏すれば足りる。
According to the present invention, it is possible to maximize the degree of inductively coupled between the antenna coil and plasma while suppressing the degree of electrostatic coupling between the antenna coil and plasma.
Note that maximizing inductive coupling does not necessarily mean the degree of maximum inductive coupling that can be ideally realized and the degree of maximum inductive coupling that can be achieved in simulation. Nor does it necessarily mean the maximum degree of inductive coupling designed or feasible in prototypes and actual products. The effect of the above invention is not intended to exclude from the present invention a plasma generator in which the degree of inductive coupling is not maximized due to cost, product design, balance with other functions, and various other reasons.
It is sufficient that the present invention has the effect of suppressing the degree of electrostatic coupling between the antenna coil and plasma without reducing the degree of inductively coupled between the antenna coil and plasma as much as possible.

本実施形態1に係るプラズマ発生装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the plasma generator which concerns on this Embodiment 1. 真空管及びアンテナコイルの構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of a vacuum tube and an antenna coil. ファラデーシールド膜の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the Faraday shield film. 真空管及びアンテナコイルの構成例を示す側断面図である。It is a side sectional view which shows the structural example of a vacuum tube and an antenna coil. 真空管及びアンテナコイルの構成例を示す軸断面図である。It is a shaft sectional view which shows the structural example of a vacuum tube and an antenna coil. ファラデーシールド膜及び絶縁膜の平坦化処理方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the flattening processing method of a Faraday shield film and an insulating film. 実施形態2に係る真空管及びアンテナコイルの構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the vacuum tube and the antenna coil which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施形態2に係る真空管及びアンテナコイルの他の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other structural example of the vacuum tube and the antenna coil which concerns on Embodiment 2. FIG.

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
(実施形態1)
図1は本実施形態1に係るプラズマ発生装置の構成例を示すブロック図である。実施形態1に係るプラズマ発生装置は、ICP型のプラズマ発生装置である。プラズマ発生装置は、真空管1内にプラズマを発生させるためのアンテナコイル2と、アンテナコイル2に高周波電圧を印加する高周波電源3と、アンテナコイル2及び高周波電源3間に設けられたインピーダンス整合回路4とを備える。
このようなプラズマ発生装置では、高周波電源3から出力する高周波電圧及び高周波電流がインピーダンス整合回路4を介してアンテナコイル2に供給されるので、アンテナコイル2に高周波電流が流れる。一方、真空管1内には、後述するように材料ガスが供給される。その結果、アンテナコイル2に流れる高周波電流による誘導結合よって材料ガスがプラズマ化し、プラズマが生成される。このプラズマを利用して、各種の処理(エッチング等)が行われる。
なお、高周波電源3から出力する高周波電圧の周波数は、1~3MHz程度である。しかし、これに限定されるものではなく、プラズマを発生させるために適した周波数であれば、上記に示した周波数以外でもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing the embodiments thereof.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a plasma generator according to the first embodiment. The plasma generator according to the first embodiment is an ICP type plasma generator. The plasma generator includes an antenna coil 2 for generating plasma in the vacuum tube 1, a high frequency power supply 3 for applying a high frequency voltage to the antenna coil 2, and an impedance matching circuit 4 provided between the antenna coil 2 and the high frequency power supply 3. And.
In such a plasma generator, the high frequency voltage and high frequency current output from the high frequency power supply 3 are supplied to the antenna coil 2 via the impedance matching circuit 4, so that the high frequency current flows through the antenna coil 2. On the other hand, the material gas is supplied into the vacuum tube 1 as described later. As a result, the material gas is turned into plasma by inductively coupled by the high frequency current flowing through the antenna coil 2, and plasma is generated. Various processes (etching, etc.) are performed using this plasma.
The frequency of the high frequency voltage output from the high frequency power supply 3 is about 1 to 3 MHz. However, the frequency is not limited to this, and any frequency other than those shown above may be used as long as the frequency is suitable for generating plasma.

図2は真空管1及びアンテナコイル2の構成例を示す斜視図、図3はファラデーシールド膜5の構成例を示す斜視図、図4は真空管1及びアンテナコイル2の構成例を示す側断面図、図5は真空管1及びアンテナコイル2の構成例を示す軸断面図である。真空管1は、材料ガスが流入する流入口1aと、プラズマ化したガスが流出する流出口1bとを両端側に有する管状である(図1参照)。真空管1は、例えば石英、アルミナ等の非導電性材料からなる。真空管1の内径及び外径は、例えば約76mm及び約80mmであり、厚みが約2mmである。真空管1の長手方向の長さは例えば約310mmである。 FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of the vacuum tube 1 and the antenna coil 2, FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of the Faraday shield film 5, and FIG. 4 is a side sectional view showing a configuration example of the vacuum tube 1 and the antenna coil 2. FIG. 5 is a cross-sectional view of a shaft showing a configuration example of the vacuum tube 1 and the antenna coil 2. The vacuum tube 1 has a tubular shape having an inflow port 1a into which the material gas flows in and an outflow port 1b from which the plasmatized gas flows out on both ends (see FIG. 1). The vacuum tube 1 is made of a non-conductive material such as quartz or alumina. The inner and outer diameters of the vacuum tube 1 are, for example, about 76 mm and about 80 mm, and the thickness is about 2 mm. The length of the vacuum tube 1 in the longitudinal direction is, for example, about 310 mm.

真空管1の外周面には、図3に示すように導電性材料からなるファラデーシールド膜5が形成されている。ファラデーシールド膜5は、銅等の導電性材料を真空管1の外周面に溶射することによって成膜される。ファラデーシールド膜5の厚みは、例えば、約10μm以上300μm未満、好ましくは約10μm以上100μm未満である。なお、上記膜厚の範囲は、10μm、100μm、300μmを基準値として、公差を許容するものである。例えば、約10μm以上300μm未満には、公差の範囲で10μmより薄いファラデーシールド膜5、300μmより厚いファラデーシールド膜5も含まれる。また、約10μm以上100μm未満には、公差の範囲で10μmより薄いファラデーシールド膜5、100μmより厚いファラデーシールド膜5も含まれる。
また、10μmオーダでファラデーシールド膜5の厚みを調整することができる。
As shown in FIG. 3, a Faraday shield film 5 made of a conductive material is formed on the outer peripheral surface of the vacuum tube 1. The Faraday shield film 5 is formed by spraying a conductive material such as copper onto the outer peripheral surface of the vacuum tube 1. The thickness of the Faraday shield film 5 is, for example, about 10 μm or more and less than 300 μm, preferably about 10 μm or more and less than 100 μm. The range of the film thickness is 10 μm, 100 μm, and 300 μm as reference values, and tolerances are allowed. For example, the range of about 10 μm or more and less than 300 μm includes a Faraday shield film 5 thinner than 10 μm and a Faraday shield film 5 thicker than 300 μm within the tolerance range. Further, the range of about 10 μm or more and less than 100 μm includes a Faraday shield film 5 thinner than 10 μm and a Faraday shield film 5 thicker than 100 μm within the tolerance range.
Further, the thickness of the Faraday shield film 5 can be adjusted on the order of 10 μm.

なお、ファラデーシールド膜5の厚みが10μm程度あれば、アンテナコイル2とプラズマとの静電結合の度合いを抑制することが可能である。
また、ファラデーシールド膜5の厚みが厚くなるにつれて、アンテナコイル2とプラズマとの誘導結合の度合いが低下していき、ファラデーシールド膜5の厚みが100μm程度以上になると、誘導結合の度合いが低下し始める。ただし、ファラデーシールド膜5の厚みが約100μmまでであれば、誘導結合の低下度合いは殆ど気にする必要がないレベルである。
If the thickness of the Faraday shield film 5 is about 10 μm, it is possible to suppress the degree of electrostatic coupling between the antenna coil 2 and the plasma.
Further, as the thickness of the Faraday shield film 5 increases, the degree of inductively coupled between the antenna coil 2 and the plasma decreases, and when the thickness of the Faraday shield film 5 becomes about 100 μm or more, the degree of inductively coupled decreases. start. However, if the thickness of the Faraday shield membrane 5 is up to about 100 μm, the degree of decrease in inductive coupling is at a level at which there is almost no need to worry.

一方、ファラデーシールド膜5は、厚みが300μm程度になると溶射によって成膜することが難しくなる。厚みが300μm程度になっても従来よりはファラデーシールドを薄くできるので効果的であるが、製作が難しく歩留りが悪い。そのため、300μm程度が上限値となる。厚みが100μm程度であれば、溶射によって成膜することが容易である。 On the other hand, when the thickness of the Faraday shield film 5 is about 300 μm, it becomes difficult to form a film by thermal spraying. Even if the thickness is about 300 μm, it is effective because the Faraday shield can be made thinner than before, but it is difficult to manufacture and the yield is poor. Therefore, the upper limit is about 300 μm. If the thickness is about 100 μm, it is easy to form a film by thermal spraying.

ここで、表1を参照すると、アンテナコイル2と真空管1の外周面との距離が300μmの場合(ファラデーシールド膜5の厚みが300μmの場合において、ファラデーシールド膜5が無い箇所におけるアンテナコイル2と真空管1の外周面との距離に相当)には、誘導結合の度合いが約3%しか低下しない。
同様に、表1を参照すると、アンテナコイル2と真空管1の外周面との距離が100μmの場合(ファラデーシールド膜5の厚みが100μmの場合において、ファラデーシールド膜5が無い箇所におけるアンテナコイル2と真空管1の外周面との距離に相当)には、誘導結合の度合いが約0.7%しか低下しない。
当然ながら、アンテナコイルと真空管の外周面との距離が100μm未満の場合は、誘導結合の低下度合いは更に低くなる。
Here, referring to Table 1, when the distance between the antenna coil 2 and the outer peripheral surface of the vacuum tube 1 is 300 μm (when the thickness of the Faraday shield film 5 is 300 μm, the antenna coil 2 and the antenna coil 2 in the place where the Faraday shield film 5 is not present. The degree of inductive coupling is reduced by only about 3% on the outer peripheral surface of the vacuum tube 1).
Similarly, referring to Table 1, when the distance between the antenna coil 2 and the outer peripheral surface of the vacuum tube 1 is 100 μm (when the thickness of the Faraday shield film 5 is 100 μm, the antenna coil 2 and the antenna coil 2 in the place where the Faraday shield film 5 is not present. The degree of inductive coupling is reduced by only about 0.7% on the outer peripheral surface of the vacuum tube 1).
As a matter of course, when the distance between the antenna coil and the outer peripheral surface of the vacuum tube is less than 100 μm, the degree of decrease in inductive coupling is further reduced.

ファラデーシールド膜5は真空管1の軸方向に長い帯状であり、複数形成されている。例えば5本のファラデーシールド膜5が形成されており、各ファラデーシールド膜5は互いに周方向に離隔している。ファラデーシールド膜5の数は一例であり、特に限定されるものでは無い。ファラデーシールド膜5の長手方向の長さは、アンテナコイル2が真空管1に巻回される長手方向の長さよりも幅広である。 The Faraday shield film 5 has a long strip in the axial direction of the vacuum tube 1, and a plurality of the Faraday shield films 5 are formed. For example, five Faraday shield films 5 are formed, and the Faraday shield films 5 are separated from each other in the circumferential direction. The number of Faraday shield films 5 is an example and is not particularly limited. The length of the Faraday shield film 5 in the longitudinal direction is wider than the length of the antenna coil 2 wound around the vacuum tube 1 in the longitudinal direction.

また、真空管1に形成されたファラデーシールド膜5は、図2に示すように、絶縁膜6に覆われている。絶縁膜6は、セラミック、アルミナ(酸化アルミニウム)等の非導電性材料を真空管1の外周面に溶射することによって成膜される。絶縁膜6は、厚みが10μm程度あれば、アンテナコイル2及びファラデーシールド膜5の放電を抑制することが可能である。
例えば、20℃におけるアルミナの体積抵抗率は、1014[Ω・cm]超なので、10μmの厚さのアルミナの薄膜を20cm×10cm角に形成した場合、抵抗値は約500[MΩ]となり、絶縁材として十分な機能を有することが分かる。
Further, the Faraday shield film 5 formed on the vacuum tube 1 is covered with the insulating film 6 as shown in FIG. The insulating film 6 is formed by spraying a non-conductive material such as ceramic or alumina (aluminum oxide) onto the outer peripheral surface of the vacuum tube 1. If the insulating film 6 has a thickness of about 10 μm, it is possible to suppress the discharge of the antenna coil 2 and the Faraday shield film 5.
For example, the volume resistivity of alumina at 20 ° C is more than 10 14 [Ω · cm], so when a thin film of alumina with a thickness of 10 μm is formed into a 20 cm × 10 cm square, the resistance value is about 500 [MΩ]. It can be seen that it has a sufficient function as an insulating material.

一方、絶縁膜6は、厚みが300μm程度になると溶射によって成膜することが難しくなる。そのため、300μm程度が上限値となる。厚みが100μm程度であれば、溶射によって成膜することが容易である。
なお、上記絶縁膜6の膜厚の範囲は、100μm、300μmを基準値として、公差を許容するものである。例えば、100μm程度には、公差の範囲で100μmより薄い又は厚い絶縁膜6も含まれる。また、300μm程度の膜厚には、公差の範囲で300μmより薄い又は厚い絶縁膜6も含まれる。
On the other hand, when the thickness of the insulating film 6 is about 300 μm, it becomes difficult to form a film by thermal spraying. Therefore, the upper limit is about 300 μm. If the thickness is about 100 μm, it is easy to form a film by thermal spraying.
The range of the film thickness of the insulating film 6 is 100 μm and 300 μm as reference values, and tolerances are allowed. For example, about 100 μm includes an insulating film 6 thinner or thicker than 100 μm within the tolerance range. Further, the film thickness of about 300 μm includes the insulating film 6 thinner or thicker than 300 μm within the tolerance range.

上記のように、ファラデーシールド膜5及び絶縁膜6は、それぞれ300μm程度の厚みまでであれば成膜できるが、膜の厚みが増すほどアンテナコイルと真空管の外周面との距離が離れていき、ひいては、誘導結合の度合いが低下していく。
そのため、ファラデーシールド膜5及び絶縁膜6の厚みの上限は、各膜の厚みの合計が、例えば300μm未満となるように設定すると良い。好ましくは、各膜の厚みの合計が、200μm未満となるように設定すると良い。
As described above, the Faraday shield film 5 and the insulating film 6 can each be formed up to a thickness of about 300 μm, but as the thickness of the film increases, the distance between the antenna coil and the outer peripheral surface of the vacuum tube increases. As a result, the degree of inductive coupling decreases.
Therefore, the upper limit of the thickness of the Faraday shield film 5 and the insulating film 6 may be set so that the total thickness of the films is, for example, less than 300 μm. Preferably, the total thickness of each film is set to be less than 200 μm.

表1に示したシミュレーション条件では、各膜の厚みの合計が300μmであれば、誘導結合の低下度合いを約3%程度に抑えることができる。また、各膜の厚みの合計が100μmであれば、誘導結合の低下度合いを約0.7%程度に抑えることができる。 Under the simulation conditions shown in Table 1, if the total thickness of each membrane is 300 μm, the degree of decrease in inductive coupling can be suppressed to about 3%. Further, when the total thickness of each film is 100 μm, the degree of decrease in inductively coupled can be suppressed to about 0.7%.

なお、ファラデーシールド膜5は、溶射によって成膜するだけでなく、メッキ等によって真空管1の外周面に成膜してもよい。メッキの場合も銅等の導電性材料が用いられる。なお、メッキの場合は、厚みが10μm以上かつ100μm以下のファラデーシールド膜5を成膜することができる。また、メッキの場合も溶射と同様の効果を得ることができる。なお、上記10μmは膜厚の基準値を示すものであり、公差の範囲で10μmより薄いファラデーシールド膜5も本実施形態1に含まれる。同様に、100μmは膜厚の基準値を示すものであり、公差の範囲で100μmより厚いファラデーシールド膜5も本実施形態1に含まれる。
また、10μmオーダでファラデーシールド膜5の厚みを調整することができる。
The Faraday shield film 5 may be formed not only by thermal spraying but also on the outer peripheral surface of the vacuum tube 1 by plating or the like. Also in the case of plating, a conductive material such as copper is used. In the case of plating, a Faraday shield film 5 having a thickness of 10 μm or more and 100 μm or less can be formed. Further, in the case of plating, the same effect as thermal spraying can be obtained. The above 10 μm indicates a reference value for the film thickness, and the Faraday shield film 5 thinner than 10 μm within the tolerance range is also included in the first embodiment. Similarly, 100 μm indicates a reference value for the film thickness, and the Faraday shield film 5 thicker than 100 μm within the tolerance range is also included in the first embodiment.
Further, the thickness of the Faraday shield film 5 can be adjusted on the order of 10 μm.

絶縁膜6は、真空管1の周方向全周を覆っており、長手方向の長さは、ファラデーシールド膜5の長手方向の長さよりも長く、ファラデーシールド全体を覆っている。また、真空管1の周方向、2本のファラデーシールド膜5の間に形成された絶縁膜6の少なくとも一部は、アンテナコイル2に接触している。後述するようにアンテナコイル2の内部には冷媒が通流しており、絶縁膜6とアンテナコイル2との接触性を向上させることにより、真空管1の熱をより効率的に放射することができる。なお、絶縁膜6は真空管1の軸方向全体を覆うように形成しても良い。 The insulating film 6 covers the entire circumference of the vacuum tube 1 in the circumferential direction, and the length in the longitudinal direction is longer than the length in the longitudinal direction of the Faraday shield film 5, and covers the entire Faraday shield. Further, at least a part of the insulating film 6 formed between the two Faraday shield films 5 in the circumferential direction of the vacuum tube 1 is in contact with the antenna coil 2. As will be described later, a refrigerant flows inside the antenna coil 2, and by improving the contact property between the insulating film 6 and the antenna coil 2, the heat of the vacuum tube 1 can be radiated more efficiently. The insulating film 6 may be formed so as to cover the entire axial direction of the vacuum tube 1.

また、ファラデーシールド膜5及び絶縁膜6を真空管1の外周面に形成した際の軸断面は可能な限り真円である方が望ましいが、ファラデーシールド膜5を形成した後に絶縁膜6を形成するので、凹凸が生じる場合がある。 Further, it is desirable that the axial cross section when the Faraday shield film 5 and the insulating film 6 are formed on the outer peripheral surface of the vacuum tube 1 is as perfect as possible, but the insulating film 6 is formed after the Faraday shield film 5 is formed. Therefore, unevenness may occur.

図6は、ファラデーシールド膜5及び絶縁膜6の平坦化処理方法を示す概念図である。なお、図6は、軸断面の一部を拡大するとともに、真空管1の外周面を直線的に表したイメージ図である。 FIG. 6 is a conceptual diagram showing a method for flattening the Faraday shield film 5 and the insulating film 6. Note that FIG. 6 is an image diagram in which a part of the shaft cross section is enlarged and the outer peripheral surface of the vacuum tube 1 is linearly represented.

図6Aはファラデーシールド膜5及び絶縁膜6の理想的な状態を示している。図6Aに示すように、成膜されたファラデーシールド膜5及び絶縁膜6の表面は凹凸が殆ど無いのが理想である。
しかし、図6Bに示すように、絶縁膜6表面の凹凸の度合いが大きい場合、図6C~図6Eに示す平坦化処理を行うと良い。
FIG. 6A shows the ideal state of the Faraday shield film 5 and the insulating film 6. As shown in FIG. 6A, it is ideal that the surfaces of the formed Faraday shield film 5 and the insulating film 6 have almost no unevenness.
However, as shown in FIG. 6B, when the degree of unevenness on the surface of the insulating film 6 is large, it is preferable to perform the flattening treatment shown in FIGS. 6C to 6E.

図6Cは、図6Bに示す状態から絶縁膜6の表面を研磨することによって凹凸の度合いを低減させる平坦化処理を行った状態を示している。この場合は、研磨によって絶縁膜6の厚みが薄くなるため、研磨を見越して絶縁膜6を厚めに形成しておくと良い。 FIG. 6C shows a state in which a flattening treatment is performed to reduce the degree of unevenness by polishing the surface of the insulating film 6 from the state shown in FIG. 6B. In this case, since the thickness of the insulating film 6 is reduced by polishing, it is preferable to form the insulating film 6 thicker in anticipation of polishing.

図6Dは、図6Bに示す状態から凹凸の度合いが低減するように凹部に第2の絶縁膜6aを更に形成する処理を行った状態を示している。凹凸はファラデーシールド膜5の厚みに近い厚みであると考えられるので、更に形成する絶縁膜6の厚みは、ファラデーシールド膜5の厚みを目安にすればよい。 FIG. 6D shows a state in which a second insulating film 6a is further formed in the concave portion so that the degree of unevenness is reduced from the state shown in FIG. 6B. Since the unevenness is considered to have a thickness close to the thickness of the Faraday shield film 5, the thickness of the insulating film 6 to be further formed may be based on the thickness of the Faraday shield film 5.

図6Eは、図6Dに示す状態から絶縁膜6の表面を研磨することによって凹凸の度合いを低減させる平坦化処理を行った状態を示している。図6Dに示した絶縁膜6の表面をより平坦化させることができる。図6Eの処理は必須では無いが、かかる処理を行ってもよい。 FIG. 6E shows a state in which a flattening treatment is performed to reduce the degree of unevenness by polishing the surface of the insulating film 6 from the state shown in FIG. 6D. The surface of the insulating film 6 shown in FIG. 6D can be further flattened. The process of FIG. 6E is not essential, but such process may be performed.

アンテナコイル2は、真空管1の外周側、流入口1a側から流出口1b側に亘って巻回されている。アンテナコイル2は、例えば銅等の導電性材料からなるエッジワイズコイルであり、図3に示すように、アンテナコイル2を構成する導線の断面は矩形状である。アンテナコイル2を構成する導線の内部には、冷媒が通流する冷媒流路2aが形成されており、アンテナコイル2の一端から他端へ冷媒が通流するように構成されている。
アンテナコイル2を構成する導線は絶縁膜6に対して熱的に接触している。より具体的には、当該導線は絶縁膜6に対して面接触している。アンテナコイル2は絶縁膜6に対して直接的に接触していても良いし、熱伝導材料を介して絶縁膜6に接触していても良い。なお、熱伝導材料は、非導電性材料であり、好ましくは弾性を有する。
The antenna coil 2 is wound from the outer peripheral side of the vacuum tube 1, the inflow port 1a side to the outflow port 1b side. The antenna coil 2 is an edgewise coil made of a conductive material such as copper, and as shown in FIG. 3, the cross section of the conducting wire constituting the antenna coil 2 is rectangular. A refrigerant flow path 2a through which the refrigerant flows is formed inside the conducting wire constituting the antenna coil 2, and the refrigerant is configured to flow from one end to the other end of the antenna coil 2.
The conducting wire constituting the antenna coil 2 is in thermal contact with the insulating film 6. More specifically, the conductor is in surface contact with the insulating film 6. The antenna coil 2 may be in direct contact with the insulating film 6 or may be in contact with the insulating film 6 via a heat conductive material. The heat conductive material is a non-conductive material, and preferably has elasticity.

また、真空管1の軸方向におけるアンテナコイル2の導線部分の間隙には、アンテナコイル2又は真空管1の熱を放熱する放熱部材7を備える。放熱部材7はアンテナコイル2及び絶縁膜6に対して熱的に接触している。放熱部材7は、弾性を有する非導電性材料(例えばシリコン樹脂)が好ましいが、弾性を有しない非導電性材料(例えばセラミックを溶かした接着剤)を用いることも可能である。放熱部材7としてシリコン樹脂を用いる場合、例えば、シリコン系の熱硬化性樹脂を、アンテナコイル2の導線部分の間隙に塗布し、熱硬化させることによって放熱部材7が形成される。 Further, a heat radiating member 7 that dissipates heat from the antenna coil 2 or the vacuum tube 1 is provided in the gap of the conducting wire portion of the antenna coil 2 in the axial direction of the vacuum tube 1. The heat radiating member 7 is in thermal contact with the antenna coil 2 and the insulating film 6. The heat radiating member 7 is preferably a non-conductive material having elasticity (for example, silicon resin), but it is also possible to use a non-conductive material having no elasticity (for example, an adhesive in which ceramic is melted). When a silicon resin is used as the heat radiating member 7, for example, a silicon-based thermosetting resin is applied to the gap of the lead wire portion of the antenna coil 2 and heat-cured to form the heat radiating member 7.

このように構成された実施形態1に係るプラズマ発生装置によれば、真空管1の外周面にファラデーシールド膜5を形成することにより、従来の金属板の場合よりもアンテナコイル2を真空管1に近づけることができる。ひいては従来の金属板の場合よりもアンテナコイル2を真空管1内で発生するプラズマに近づけることができる。そのため、アンテナコイル2とプラズマとの静電結合の度合いを抑制しつつ、アンテナコイル2とプラズマとの誘導結合の度合いを最大化することができる。 According to the plasma generator according to the first embodiment configured as described above, by forming the Faraday shield film 5 on the outer peripheral surface of the vacuum tube 1, the antenna coil 2 is brought closer to the vacuum tube 1 than in the case of the conventional metal plate. be able to. As a result, the antenna coil 2 can be brought closer to the plasma generated in the vacuum tube 1 than in the case of the conventional metal plate. Therefore, it is possible to maximize the degree of inductive coupling between the antenna coil 2 and the plasma while suppressing the degree of electrostatic coupling between the antenna coil 2 and the plasma.

また、ファラデーシールド膜5は、溶射によって形成された膜厚10μm以上100μm未満の薄膜層であるため、真空管1の近傍にアンテナコイル2を配することができ、アンテナコイル2とプラズマとの誘導結合の度合いを向上させることができる。 Further, since the Faraday shield film 5 is a thin film layer having a thickness of 10 μm or more and less than 100 μm formed by thermal spraying, the antenna coil 2 can be arranged in the vicinity of the vacuum tube 1, and the antenna coil 2 and the plasma are inductively coupled. The degree of can be improved.

更に、ファラデーシールド膜5を絶縁膜6で覆っているため、アンテナコイル2及びファラデーシールド間の放電を抑制することができ、真空管1のより近傍にアンテナコイル2を配することができる。従って、アンテナコイル2とプラズマとの誘導結合の度合いを向上させることができる。 Further, since the Faraday shield film 5 is covered with the insulating film 6, the discharge between the antenna coil 2 and the Faraday shield can be suppressed, and the antenna coil 2 can be arranged closer to the vacuum tube 1. Therefore, the degree of inductively coupled between the antenna coil 2 and the plasma can be improved.

更にまた、絶縁膜6は、溶射によって形成された膜厚10μm以上100μm未満の薄膜層であるため、真空管1の近傍にアンテナコイル2を配することができ、アンテナコイル2とプラズマとの誘導結合の度合いを向上させることができる。 Furthermore, since the insulating film 6 is a thin film layer having a thickness of 10 μm or more and less than 100 μm formed by thermal spraying, the antenna coil 2 can be arranged in the vicinity of the vacuum tube 1, and the antenna coil 2 and the plasma are inductively coupled. The degree of can be improved.

更にまた、ファラデーシールド膜5を周方向に離隔して複数形成してあるため、アンテナコイル2が形成する磁場によって誘導された渦電流が、真空管1の周方向に流れないようにすることができる。 Furthermore, since a plurality of Faraday shield films 5 are formed apart in the circumferential direction, it is possible to prevent the eddy current induced by the magnetic field formed by the antenna coil 2 from flowing in the circumferential direction of the vacuum tube 1. ..

更にまた、冷媒流路2aを有するアンテナコイル2が絶縁膜6に対して熱的に接触している。従って、アンテナコイル2に冷媒を通流させることによって、真空管1を冷却することができる。 Furthermore, the antenna coil 2 having the refrigerant flow path 2a is in thermal contact with the insulating film 6. Therefore, the vacuum tube 1 can be cooled by passing the refrigerant through the antenna coil 2.

更にまた、アンテナコイル2はエッジワイズコイルであり、絶縁膜6に対して直接的又は間接的に面接触している。従って、真空管1をより効率的に冷却することができる。 Furthermore, the antenna coil 2 is an edgewise coil and is in direct or indirect surface contact with the insulating film 6. Therefore, the vacuum tube 1 can be cooled more efficiently.

更にまた、絶縁膜6は真空管1の周方向全周を覆っている。従って、絶縁膜6をファラデーシールド膜5部分のみに形成する場合に比べて、真空管1の外周面を均一に均すことができる。よって、アンテナコイル2及び真空管1の接触面積を大きくし、冷却性を向上させることができる。 Furthermore, the insulating film 6 covers the entire circumference of the vacuum tube 1 in the circumferential direction. Therefore, the outer peripheral surface of the vacuum tube 1 can be uniformly leveled as compared with the case where the insulating film 6 is formed only on the Faraday shield film 5. Therefore, the contact area between the antenna coil 2 and the vacuum tube 1 can be increased to improve the cooling property.

更にまた、アンテナコイル2を構成する導線部分の間隙に放熱部材7が配されている。従って、真空管1の熱は、アンテナコイル2及び放熱部材7を通じて、放出される。よって、真空管1をより効率的に冷却することができる。 Furthermore, the heat radiating member 7 is arranged in the gap of the conducting wire portion constituting the antenna coil 2. Therefore, the heat of the vacuum tube 1 is released through the antenna coil 2 and the heat radiating member 7. Therefore, the vacuum tube 1 can be cooled more efficiently.

更にまた、放熱部材7は弾性を有するため、アンテナコイル2の熱膨張に対応することができる。 Furthermore, since the heat dissipation member 7 has elasticity, it can cope with the thermal expansion of the antenna coil 2.

更にまた、放熱部材7はシリコン樹脂であるため、絶縁性と、所要の熱伝導率を担保することができる。 Furthermore, since the heat radiating member 7 is made of silicon resin, it is possible to secure the insulating property and the required thermal conductivity.

なお、本実施形態1ではファラデーシールド膜5に絶縁膜6を直接溶射する例を説明したが、導電性材料(ファラデーシールド膜5)に非導電性材料(絶縁膜6)を形成すると異種接合になるので、広い範囲で絶縁膜6を形成することが困難になる可能性がある。そのような場合は、ファラデーシールド膜5の導電性材料と絶縁膜6の非導電性材料との中間的物性を有する傾斜機能材料からなる中間層をファラデーシールド膜5及び絶縁膜6間に形成しても良い。中間層も傾斜機能材料を溶射することによって形成すると良い。
同様に、真空管1(非導電性材料)にファラデーシールド膜5(導電性材料)を形成すると異種接合になるので、真空管1の非導電性材料とファラデーシールド膜5の導電性材料との中間的物性を有する傾斜機能材料からなる中間層を真空管1及びファラデーシールド膜5間に形成しても良い。
In the first embodiment, an example in which the insulating film 6 is directly sprayed onto the Faraday shield film 5 has been described, but when a non-conductive material (insulating film 6) is formed on the conductive material (Faraday shield film 5), heterogeneous bonding occurs. Therefore, it may be difficult to form the insulating film 6 in a wide range. In such a case, an intermediate layer made of a functionally graded material having intermediate physical properties between the conductive material of the Faraday shield film 5 and the non-conductive material of the insulating film 6 is formed between the Faraday shield film 5 and the insulating film 6. May be. The intermediate layer may also be formed by spraying the functionally graded material.
Similarly, when the Faraday shield film 5 (conductive material) is formed on the vacuum tube 1 (non-conductive material), it becomes a heterogeneous bond, so that it is intermediate between the non-conductive material of the vacuum tube 1 and the conductive material of the Faraday shield film 5. An intermediate layer made of a functionally graded material having physical properties may be formed between the vacuum tube 1 and the Faraday shield film 5.

アンテナコイル2としてエッジワイズコイルを例示したが、アンテナコイル2を構成する導線の断面形状は特に限定されるものでは無く、その他、任意の形状であっても良い。アンテナコイル2の断面形状は、熱伝導材料を用いて、アンテナコイル2と絶縁膜6との接触面積を増大できる形状が好ましい。 Although the edgewise coil is exemplified as the antenna coil 2, the cross-sectional shape of the conducting wire constituting the antenna coil 2 is not particularly limited, and may be any other shape. The cross-sectional shape of the antenna coil 2 is preferably a shape that can increase the contact area between the antenna coil 2 and the insulating film 6 by using a heat conductive material.

(実施形態2)
実施形態2に係るプラズマ発生装置は、ファラデーシールド膜5の基準電位への接続に係る構成が実施形態1と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態1と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
Since the plasma generator according to the second embodiment has a different configuration from that of the first embodiment in that the Faraday shield film 5 is connected to the reference potential, the above differences will be mainly described below. Since other configurations and actions and effects are the same as those in the first embodiment, the corresponding parts are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

図7は、実施形態2に係る真空管1及びアンテナコイル2の構成例を示す斜視図である。実施形態2に係るプラズマ発生装置は、実施形態1と同様の真空管1、アンテナコイル2、ファラデーシールド膜5及び絶縁膜6等を有する。複数のファラデーシールド膜5のうち、一部のファラデーシールド膜5のみが、グランド線8を介して基準電位となる筐体(図略)に接続される。 FIG. 7 is a perspective view showing a configuration example of the vacuum tube 1 and the antenna coil 2 according to the second embodiment. The plasma generator according to the second embodiment has the same vacuum tube 1, antenna coil 2, Faraday shield film 5, insulating film 6 and the like as in the first embodiment. Of the plurality of Faraday shield films 5, only a part of the Faraday shield films 5 is connected to the housing (not shown) having a reference potential via the ground wire 8.

ファラデーシールド膜5は、上記のように、アンテナコイル2とプラズマとの静電結合の度合いを弱めるために用いられるが、基準電位への接続の有無で静電結合の度合いが異なる。 As described above, the Faraday shield film 5 is used to weaken the degree of electrostatic coupling between the antenna coil 2 and the plasma, but the degree of electrostatic coupling differs depending on whether or not the antenna coil 2 is connected to the reference potential.

基準電位に接続したファラデーシールド膜5の電位は、基準電位(通常は0[V])で確定するので、時間的な変化が生じない。すなわち、アンテナコイル2の電位の変化に関係なく常に電位は一定値なので、基準電位に接続したファラデーシールド膜5が形成された部分では真空管1の内部に高周波電界が入り込まない。 Since the potential of the Faraday shield film 5 connected to the reference potential is determined by the reference potential (usually 0 [V]), there is no temporal change. That is, since the potential is always a constant value regardless of the change in the potential of the antenna coil 2, the high frequency electric field does not enter the inside of the vacuum tube 1 at the portion where the Faraday shield film 5 connected to the reference potential is formed.

一方、基準電位に接続していないファラデーシールド膜5の電位は確定していないので、アンテナコイル2の電位の変化に応じて電位が変化する。
そのため、基準電位に接続していないファラデーシールド膜5が形成された部分では、真空管1の内部に高周波電界が入り込む。もちろん、ファラデーシールド膜5が形成されていない部分に比べると、真空管1の内部に入り込む高周波電界の大きさは小さいが、基準電位に接続したファラデーシールド膜5の場合よりも真空管1の内部に入り込む高周波電界の大きさは大きい。
On the other hand, since the potential of the Faraday shield film 5 that is not connected to the reference potential has not been determined, the potential changes according to the change in the potential of the antenna coil 2.
Therefore, in the portion where the Faraday shield film 5 not connected to the reference potential is formed, a high frequency electric field enters the inside of the vacuum tube 1. Of course, the magnitude of the high-frequency electric field that enters the inside of the vacuum tube 1 is smaller than that of the portion where the Faraday shield film 5 is not formed, but it enters the inside of the vacuum tube 1 more than the case of the Faraday shield film 5 connected to the reference potential. The magnitude of the high frequency electric field is large.

従って、アンテナコイル2とプラズマとの間の静電結合の度合いを弱めるという目的であれば、基準電位に接続したファラデーシールド膜5を用いた方がより効果がある。
しかし、静電結合の度合いが弱まる分、プラズマの着火性が低くなる。そのため、プラズマの着火性を確保しつつ、アンテナコイル2とプラズマとの間の静電結合の度合いを弱めるという目的を達成するために、必要に応じてファラデーシールド膜5を基準電位に接続させればよい。
例えば、複数のファラデーシールド膜5のうち、基準電位に接続するファラデーシールド膜5の数を調整することによって、プラズマの着火性、静電結合の度合いを調整することができる。
Therefore, for the purpose of weakening the degree of electrostatic coupling between the antenna coil 2 and the plasma, it is more effective to use the Faraday shield film 5 connected to the reference potential.
However, as the degree of electrostatic coupling weakens, the ignitability of the plasma decreases. Therefore, in order to achieve the purpose of weakening the degree of electrostatic coupling between the antenna coil 2 and the plasma while ensuring the ignitability of the plasma, the Faraday shield film 5 may be connected to the reference potential as necessary. Just do it.
For example, by adjusting the number of Faraday shield films 5 connected to the reference potential among the plurality of Faraday shield films 5, the ignitability of the plasma and the degree of electrostatic coupling can be adjusted.

ただし、真空管1の周方向における静電結合の度合いが均一でないと、真空管1内部に生じるプラズマの状態に偏りが生じて、プラズマ密度の高い部分と低い部分が生じてしまう。不均一になればなるほどプラズマ密度に差異が生じる。また、プラズマ密度が高い部分はプラズマ密度が低い部分に比べて真空管1の内壁が摩耗の度合いが高くなるので、プラズマ密度の差異が大きい程、真空管1の寿命が短くなってしまう。 However, if the degree of electrostatic coupling in the circumferential direction of the vacuum tube 1 is not uniform, the state of the plasma generated inside the vacuum tube 1 is biased, and a portion having a high plasma density and a portion having a low plasma density are generated. The more non-uniform it is, the more the plasma density will be different. Further, since the inner wall of the vacuum tube 1 has a higher degree of wear in the portion having a high plasma density than in the portion having a low plasma density, the larger the difference in plasma density, the shorter the life of the vacuum tube 1.

しかし、構造上、ファラデーシールド膜5を形成する部分と形成しない部分が存在するので、静電結合の度合いを均一にすることはできない。そのため、基準電位に接続するファラデーシールド膜5を設ける場合であっても、できるだけ真空管1の周方向における静電結合の度合いを均一に近づける工夫を行うのが好ましい。 However, due to the structure, there are a portion where the Faraday shield film 5 is formed and a portion where the Faraday shield film 5 is not formed, so that the degree of electrostatic coupling cannot be made uniform. Therefore, even when the Faraday shield film 5 connected to the reference potential is provided, it is preferable to devise a device to make the degree of electrostatic coupling in the circumferential direction of the vacuum tube 1 as close as possible.

例えば、基準電位に接続したファラデーシールド膜5と、基準電位に接続していないファラデーシールド膜5とを、真空管1の周方向に沿って交互に設けると良い。
この際、基準電位に接続したファラデーシールド膜5及び基準電位に接続していないファラデーシールド膜5は、それぞれ真空管1の周方向に等間隔に複数設けることが好ましい。このようにすれば、真空管1の周方向における等方性を向上させることができ、プラズマの均一性を向上させることができる。
For example, the Faraday shield film 5 connected to the reference potential and the Faraday shield film 5 not connected to the reference potential may be alternately provided along the circumferential direction of the vacuum tube 1.
At this time, it is preferable that a plurality of Faraday shield films 5 connected to the reference potential and a plurality of Faraday shield films 5 not connected to the reference potential are provided at equal intervals in the circumferential direction of the vacuum tube 1, respectively. By doing so, the isotropic property of the vacuum tube 1 in the circumferential direction can be improved, and the uniformity of the plasma can be improved.

なお、上記の実施形態1のような構成でも、ファラデーシールド膜5は、1の周方向に等間隔に複数設けることが好ましい。 Even in the configuration as in the first embodiment, it is preferable that a plurality of Faraday shield films 5 are provided at equal intervals in the circumferential direction of 1.

本実施形態2では一部のファラデーシールド膜5をグランド線8によって定常的に基準電位に接続する例を説明したが、図8に示すように、ファラデーシールド膜5と基準電位との間を開閉するスイッチ81をグランド線8に設けるとともに、スイッチの開閉を制御する制御部82を設け、任意のタイミングでファラデーシールド膜5を基準電位となる筐体(図略)に接続するように構成しても良い。なお、この実施形態では、スイッチ81と制御部82とを合わせた構成が切換手段となる。 In the second embodiment, an example in which a part of the Faraday shield film 5 is constantly connected to the reference potential by the ground wire 8 has been described, but as shown in FIG. 8, the space between the Faraday shield film 5 and the reference potential is opened and closed. A switch 81 is provided on the ground wire 8, and a control unit 82 for controlling the opening and closing of the switch is provided so as to connect the Faraday shield film 5 to a housing (not shown) serving as a reference potential at an arbitrary timing. Is also good. In this embodiment, the configuration in which the switch 81 and the control unit 82 are combined is the switching means.

例えば、プラズマの着火時には比較的大きな高周波電界が必要になるが、プラズマの着火後は、プラズマの着火時ほど高周波電界の大きさを必要としない。そのため、プラズマの着火後は、プラズマの着火時よりも真空管1の内部に入り込む高周波電界の大きさを小さくすることが望ましい場合がある。 For example, when the plasma is ignited, a relatively large high-frequency electric field is required, but after the plasma is ignited, the magnitude of the high-frequency electric field is not required as much as when the plasma is ignited. Therefore, after ignition of the plasma, it may be desirable to make the magnitude of the high-frequency electric field entering the inside of the vacuum tube 1 smaller than that at the time of ignition of the plasma.

そのような場合には、プラズマの着火後に高周波電源3の出力を小さくすることで対応可能であるが、ファラデーシールド膜5の基準電位への接続の有無によっても調整することができる。 Such a case can be dealt with by reducing the output of the high frequency power supply 3 after ignition of the plasma, but it can also be adjusted by the presence or absence of connection to the reference potential of the Faraday shield film 5.

具体的には、プラズマの着火時にはスイッチ81を開にして、ファラデーシールド膜5がグランド線8を介して基準電位となる筐体(図略)に接続しないようにする。また、プラズマの着火後は、スイッチ81を閉にして、ファラデーシールド膜5がグランド線8を介して基準電位となる筐体(図略)に接続するようにすればよい。スイッチ81の開閉は制御部82において行う。 Specifically, when the plasma is ignited, the switch 81 is opened so that the Faraday shield film 5 is not connected to the housing (not shown) having a reference potential via the ground wire 8. Further, after the plasma is ignited, the switch 81 may be closed so that the Faraday shield film 5 is connected to the housing (not shown) having a reference potential via the ground wire 8. The switch 81 is opened and closed by the control unit 82.

また図8では、グランド線8を介して基準電位に接続するファラデーシールド膜5は1つであるが、複数のファラデーシールド膜5をグランド線8を介して基準電位に接続してもよい。また、切換手段があるので、全てのファラデーシールド膜5をグランド線8を介して基準電位に接続するようにしてもよい。 Further, in FIG. 8, although one Faraday shield film 5 is connected to the reference potential via the ground wire 8, a plurality of Faraday shield films 5 may be connected to the reference potential via the ground wire 8. Further, since there is a switching means, all the Faraday shield films 5 may be connected to the reference potential via the ground wire 8.

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, not the above-mentioned meaning, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

1 真空管
1a 流入口
1b 流出口
2 アンテナコイル
2a 冷媒流路
3 高周波電源
4 インピーダンス整合回路
5 ファラデーシールド膜
6 絶縁膜
7 放熱部材
8 グランド線
81 スイッチ
82 制御部
1 Vacuum tube 1a Inlet 1b Outlet 2 Antenna coil 2a Refrigerant flow path 3 High frequency power supply 4 Impedance matching circuit 5 Faraday shield film 6 Insulation film 7 Heat dissipation member 8 Ground wire 81 Switch 82 Control unit

Claims (3)

材料ガスが流入する真空管と、該真空管の外周に巻回され、該真空管内に材料ガスのプラズマを発生させるためのアンテナコイルとを備えるプラズマ発生装置であって、
前記真空管の外周面に成膜された導電性材料からなるファラデーシールド膜を備え
前記真空管と前記ファラデーシールド膜との間に中間層を有する
プラズマ発生装置。
A plasma generator including a vacuum tube into which a material gas flows and an antenna coil wound around the outer circumference of the vacuum tube to generate plasma of the material gas in the vacuum tube.
A Faraday shield film made of a conductive material formed on the outer peripheral surface of the vacuum tube is provided .
It has an intermediate layer between the vacuum tube and the Faraday shield film.
Plasma generator.
材料ガスが流入する真空管と、該真空管の外周に巻回され、該真空管内に材料ガスのプラズマを発生させるためのアンテナコイルとを備えるプラズマ発生装置であって、 A plasma generator including a vacuum tube into which a material gas flows and an antenna coil wound around the outer circumference of the vacuum tube to generate plasma of the material gas in the vacuum tube.
前記真空管の外周面に成膜された導電性材料からなるファラデーシールド膜と、 A Faraday shield film made of a conductive material formed on the outer peripheral surface of the vacuum tube, and
前記ファラデーシールド膜を覆う絶縁膜と With the insulating film covering the Faraday shield film
を備え、 Equipped with
前記ファラデーシールド膜と前記絶縁膜との間に中間層を有する It has an intermediate layer between the Faraday shield film and the insulating film.
プラズマ発生装置。 Plasma generator.
前記真空管と前記ファラデーシールド膜との間に中間層を有する It has an intermediate layer between the vacuum tube and the Faraday shield film.
請求項2に記載のプラズマ発生装置。 The plasma generator according to claim 2.
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