JP2000133497A - 高周波放電型プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】放電容器壁を誘電体で構成すると共に、この放
電容器壁の内側に誘電体による遮蔽材を設置して、破損
の恐れが少なく運転効率に優れた大電力放電が可能な高
周波放電型プラズマ発生装置を提供する。 【解決手段】容器壁の一部あるいは全部を誘電体で構成
した放電容器内に所定のガスを導入すると共に、前記放
電容器の外周に設置したソレノイドコイルに高周波を通
電してガスを放電させてプラズマを形成するプラズマ発
生装置において、前記放電容器27の側壁２の内側に誘電
体による遮蔽材29を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、核融合プラズマの
加熱に用いられる大型イオン源やプラズマドライエッチ
ング装置、およびプラズマ気相成長装置等のプロセシン
グプラズマ装置のプラズマ源として使用される高周波放
電型プラズマ発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波放電型プラズマ発生装置について
は、核融合のための中性粒子入射装置のイオン源や、半
導体を始めとするプロセシングプラズマ装置のプラズマ
源に用いられている。この高周波放電型プラズマ発生装
置によるイオン源としては、図10の縦断面図に示すよう
に、放電容器１は石英製の側壁２と金属製の天板フラン
ジ３、および下部フランジ４により囲んで、内部に放電
領域５を形成している。

【０００３】また、前記放電領域５へは、図示しないガ
ス導入系から被放電ガスを導入するが、前記側壁２の周
囲にはソレノイドコイル６を配置し、この外周を電磁遮
蔽材７で覆っている。なお、前記放電容器１内でプラズ
マを発生させるが、前記天板フランジ３と下部フランジ
４には永久磁石８，９を設置して、プラズマの閉じ込め
を良くするための磁場を発生させている。

【０００４】さらに、前記側壁２と天板フランジ３、お
よび側壁２と下部フランジ４との接合部には、真空封止
用のゴムリング10を設けると共に、その近傍に冷却水路
11を形成している。

【０００５】前記ソレノイドコイル６へは、図示しない
高周波電源より 13.56ＭＨｚの電力を通電して放電容器
１内にプラズマを発生させるが、前記放電領域５に生成
されたイオンは、下部フランジ４に設けたイオン通過用
の複数の孔12があけられた、３つの引き出し電極13，1
4，15によって放電領域５の外にイオンビーム16として
引き出される。

【０００６】この加速に必要な電圧は、下部フランジ４
と引き出し電極13，14，15の相互間に介在させた絶縁材
17，18，19を介して、前記引き出し電極13，14，15に分
割して印加される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、プラズマ源やイオン源に用いられる
典型的な方式であり、高周波との結合が良く、不純物が
少ない等の好ましい特徴を備えている。しかしながら、
その一方で側壁２の材質として石英を用いているため
に、プラズマの粒子や熱による衝撃で破損する恐れがあ
ることから、大電力の高周波を投入した連続運転に制限
が生じる等の不具合があった。

【０００８】また、図11の要部縦断面図は、プラズマ実
験装置ＡＳＤＥＸ−Ｕｐｇｒａｄｅの中性粒子入射装置
のイオン源で採用されている方式で、放電容器20を形成
する石英製の側壁２に対する、熱やプラズマ粒子入力に
よる衝撃等の影響を軽減するために、側壁２の内側にフ
ァラディシールド21を設けている（出典：J.-H.Feist,
W.Kraus, E.Speth, M.Ciric, B.Heinemann, F.Probst,
R.Riedl,: Proc. 16th. Sympo.on Fusion Engineering,
vol.2, pp.976-979(1995)）。

【０００９】なお、前記ファラディシールド21は、放電
容器20の軸方向のスリットをもつ金属材で、ソレノイド
コイル６で誘起された磁場は、ファラディシールド21の
スリットを通過し、プラズマ中へ進入して放電に寄与す
る。また、側壁２の一部はファラディシールド21の金属
部分によって覆われているために、石英製の側壁２への
熱入力やプラズマ粒子による衝撃は大きく軽減されるの
で、上記図10の高周波放電型プラズマ発生装置に比べ
て、高出力運転が可能になった。

【００１０】なお、前記石英製の側壁２の外周は、金属
製の真空容器22で囲むことにより、石英製の側壁２によ
る放電容器20の側壁２において、亀裂が生じた場合にも
真空漏れがないようにしている。また、放電容器20の放
電領域５と側壁２の外とは、圧力調整用の調整弁23で連
通している。しかしながら、このファラディシールド21
を設けた放電容器20においても、その側壁２はファラデ
ィシールド21のスリットの開口部を介してプラズマの粒
子や熱の照射を受けることから、破壊する恐れは存在し
ている。

【００１１】さらに、前記金属製のファラディシールド
21を設けたために、高周波とプラズマとの結合が悪くな
ることから、投入する高周波電力の利用効率が低下する
という支障がある。また、上記図10，11に示した高周波
放電型プラズマ発生装置に関わる問題としては、高周波
電力供給用のソレノイドコイル６を、放電容器１，20の
外側に設置したために生じた不具合である。

【００１２】図12の縦断面図に示す高周波放電型プラズ
マ発生装置は、放電容器24の側壁25等を金属で構成し、
ソレノイドコイル６を放電容器24の内部に設置した例で
ある（出典：T.Takanashi, Y.Takeiri, O.Kaneko, Y.Ok
a, K.Tsumori, T.Kuroda,: Jpn.J.Appl.Phys., 35, par
t 1, No.4A, pp.2356-2362(1996)）。この方式では大電
力の投入を行っても、放電容器24の側壁25等が金属製で
あることから破損の恐れはほとんどない。しかし、放電
容器24の内部に設けたソレノイドコイル６へ電力を供給
する電流導入部26の構造における困難性が高い。

【００１３】この電流導入部26は、放電容器24とは電気
的に絶縁しなければならないが、プラズマのスパッタを
受けた金属製の側壁材が、電流導入部26の絶縁部に蒸着
して絶縁不良になることが考えられる。さらに、ソレノ
イドコイル６がプラズマ中に浸っているために、このソ
レノイドコイル６の表面で生じるプラズマ損失が大き
く、プラズマ密度の増大が妨げられる。従って、この対
策としてソレノイドコイル６の表面を石英やアルミナセ
ラミクス等の誘電体で覆い、プラズマ損失を少なくする
工夫がなされている。

【００１４】しかし、ソレノイドコイル６の表面を誘電
体で覆った場合には、誘電体表面にプラズマの電荷が堆
積して、コイル導体との間に電位差が生ずることから誘
電体は、この電位差に耐えられなければならないが、現
在までのところプラズマの特性に悪影響を与えることな
く、高い耐電圧を有する材料が見つかっていない。

【００１５】このように、誘電体の耐電圧が不足してい
るために、電荷が堆積すると放電破壊によって誘電体に
亀裂が生じ、誘電体の剥離や脱落に至る。このように、
誘電体に部分的な亀裂が生ずると、放電の不安定が発生
する原因にもなることから、この図12の方式を採用した
場合でも大電力放電が困難であった。

【００１６】本発明の目的とするところは、放電容器壁
を誘電体で構成すると共に、この放電容器壁の内側に誘
電体による遮蔽材を設置して、破損の恐れが少なく運転
効率に優れた大電力放電が可能な高周波放電型プラズマ
発生装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明に係る高周波放電型プラズマ発生装
置は、容器壁の一部あるいは全部を誘電体で構成した放
電容器内に所定のガスを導入すると共に前記放電容器の
外周に設置したソレノイドコイルに高周波を通電してガ
スを放電させてプラズマを形成するプラズマ発生装置に
おいて、前記放電容器壁の内側に誘電体による遮蔽材を
設けたことを特徴とする。遮蔽材によりプラズマの熱や
粒子による衝撃が遮蔽され、これにより容器壁が保護さ
れるので損傷が防止できる。

【００１８】請求項２記載の発明に係る高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、請求項１において、前記放電容器に
設けた遮蔽材を冷却することを特徴とする。プラズマの
熱や粒子による衝撃を受ける遮蔽材を冷却することによ
り、遮蔽材の信頼性が向上する。

【００１９】請求項３記載の発明に係る高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、請求項１において、前記放電容器
が、前記容器壁と前記遮蔽材の間に間隙を設けたことを
特徴とする。プラズマの熱や粒子による衝撃を受ける遮
蔽材と放電容器壁との間に、間隙を設けて、遮蔽材と熱
伝達等を隔離する。

【００２０】請求項４記載の発明に係る高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、請求項１において、前記放電容器に
設けた遮蔽材が光学的に不透明なことを特徴とする。遮
蔽材の内側で発生するプラズマ光について、不透明な遮
蔽材により遮断して輻射光が放電容器壁に到達しない。

【００２１】請求項５記載の発明に係る高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、請求項４において、前記放電容器に
設けた遮蔽材を、アルミナセラミクスで構成したことを
特徴とする。光学的に不透明で機械強度に優れたアルミ
ナセラミクスにより、遮蔽材と放電容器壁の信頼性が向
上する。

【００２２】請求項６記載の発明に係る高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、請求項１において、前記放電容器に
設けた遮蔽材を、石英で構成したことを特徴とする。石
英は光学的に透明な材料であり、放電容器壁の少なくと
も一部をかかる透明な材料で構成することにより、プラ
ズマを観測したり、プラズマの発する光を放電容器外へ
導き出すことができる。

【００２３】請求項７記載の発明に係る高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、請求項１において、前記放電容器に
設けた遮蔽材が複数小片で構成したことを特徴とする。
遮蔽材の組立と部分的な交換が容易となり、保守性が高
くなる。

【００２４】請求項８記載の発明に係る高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、請求項１において、前記放電容器
が、放電容器壁および遮蔽材を構成する誘電体の表面あ
るいは内部に複数の補強材を固着あるいは封入したこと
を特徴とする。遮蔽材に亀裂が生じた場合にも、遮蔽材
が飛散せず、また、機械強度と信頼性が向上する。

【００２５】請求項９記載の発明に係る高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、請求項１において、前記放電容器
が、放電容器壁および遮蔽材を構成する誘電体の表面あ
るいは内部に複数の金属製冷却管を設置したことを特徴
とする。遮蔽材に亀裂が生じた場合にも、遮蔽材が飛散
せず、また、冷却により機械強度と信頼性がさらに向上
する。

【００２６】請求項10記載の発明に係る高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、請求項８または請求項９において、
前記金属製の補強材および金属製冷却管をソレノイドコ
イルの軸に平行な方向に配置したことを特徴とする。金
属製の補強材および金属製冷却管がソレノイドコイルの
軸に平行な方向に配置されたことにより、ソレノイドコ
イルより誘導された磁場が放電容器内に進入できる。

【００２７】請求項11記載の発明に係る高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、請求項１において、前記放電容器
を、真空封止が可能な容器に収納したことを特徴とす
る。放電容器は真空封止が可能な容器により保護されて
いる。また、放電容器が損傷した場合にも真空状態が維
持される。

【００２８】請求項12記載の発明に係る高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、請求項11において、前記放電容器
が、前記放電容器と真空封止が可能な容器で囲まれた領
域にガスの導入および排気用の開閉機構を設けたことを
特徴とする。放電容器と、この放電容器を覆って保護す
る真空封止が可能な容器との間に形成された領域におけ
る放電を、ガスの導入および排気用の開閉機構による圧
力調整により防止する。

【００２９】請求項13記載の発明に係る高周波放電型プ
ラズマ発生装置は、請求項11または請求項12において、
前記放電容器が、前記放電容器と真空封止が可能な容器
に囲まれた領域の圧力を前記放電容器内の圧力より低
く、あるいは高くしたことを特徴とする。放電容器と真
空封止がが可能な容器との間に形成された領域の圧力
は、放電容器内の圧力より低く、あるいは高くすること
で容易に放電が防止できる。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
面を参照して説明する。なお上記した従来技術と同じ構
成部分にについては、同一符号を付して詳細な説明を省
略する。第１実施の形態は請求項１乃至請求項３に係
り、高周波放電型プラズマ発生装置を用いたイオン源と
しては、図１の縦断面図に示すように、放電容器27は石
英製の側壁２と金属製の天板フランジ３、および下部フ
ランジ４により囲むと共に、側壁２の内側に隙間28を介
して石英製の遮蔽材29を設けて、内部に放電領域５を形
成する（請求項１，３）。

【００３１】また、前記放電領域５へは、図示しないガ
ス導入系から被放電ガスを導入すると共に、前記側壁２
の周囲にはソレノイドコイル６を配置し、この外周を電
磁遮蔽材７で覆っている。なお、前記放電容器１内でソ
レノイドコイル６に高周波電力を供給してプラズマを発
生させるが、前記天板フランジ３と下部フランジ４には
永久磁石８，９を設置して、前記プラズマの閉じ込めを
良くするための磁場を発生させている。

【００３２】さらに、前記側壁２及び遮蔽材29と天板フ
ランジ３、側壁２及び遮蔽材29と下部フランジ４との接
合部には、真空封止用のゴムリング10を設け、その近傍
に冷却水路11を形成して側壁２及び遮蔽材29を冷却する
（請求項２）。

【００３３】また、下部フランジ４に設けたイオン通過
用の複数の孔12があけられた、３つの引き出し電極13，
14，15によって、放電領域５の外にイオンビーム16が引
き出される。この加速に必要な電圧は、下部フランジ４
と引き出し電極13，14，15の相互間に介在させた絶縁材
17，18，19を介して、前記引き出し電極13，14，15に分
割して印加される構成としている。

【００３４】次に、上記構成による作用について説明す
る。放電容器27の放電領域５においてプラズマが発生さ
れ、引き出し電極13，14，15の複数の孔12を通過したイ
オンビーム16が放電領域５の外に引き出される。この時
に前記石英製の側壁２は、その内側の設置された石英製
の遮蔽材29により、放電領域５で発生したプラズマの熱
や粒子が遮断されることから、その直接的な衝撃を受け
ることはない。

【００３５】なお、前記側壁２に代わってプラズマの熱
や粒子の衝撃を受ける遮蔽材29は、側壁２と共に冷却水
路11により、その両端から常に冷却されていることか
ら、信頼性が高いが、破損する場合もある。しかし、も
しも遮蔽材29が破損した場合にも、直ちに真空状態が破
壊されることはない。すなわち、前記遮蔽材29の破壊の
多くはクラックの発生であり、このことは高周波放電に
とって、不都合な状態になるわけではない。

【００３６】また、放電容器１の真空状態は、遮蔽材29
の外周にある前記側壁２等により維持される。従って、
遮蔽材29が破損したとしても高周波放電型プラズマ発生
装置の運転の続行が可能である。なお、遮蔽材29の破損
が著しく進展した場合は、高周波放電型プラズマ発生装
置の運転計画に合わせて、適当な時期を選んで遮蔽材29
の交換をすればよい。

【００３７】このように、遮蔽材29を設置することによ
り、高周波放電型プラズマ発生装置に大電力の高周波を
投入することが容易で、安全に連続運転を維持すること
ができるので、運転効率と信頼性が向上する。また、前
記遮蔽材29を設ける目的は、プラズマの熱や粒子の衝撃
から放電容器27の測壁２を保護することであり、そのた
めに、側壁２と遮蔽材29との間の領域で放電が生じては
ならない。

【００３８】一般に、放電領域５内のガス圧力を固定す
ると、ガスが放電するためには放電に必要な最小容器寸
法が存在する。放電はエネルギーを持った電子やイオン
が衝突してガスを電離し、この電離により生じた電子等
がマイクロ波によって生成される高周波電場で加速さ
れ、更にガスを電離する。この過程を繰り返すことによ
って荷電粒子数が増大する。

【００３９】放電容器29において放電領域５を形成する
容積寸法が不均等で、その一部の寸法が短い場合には、
荷電粒子が電離に必要なエネルギーを得る前に、当該側
壁２等の容器壁に衝突したり、ガスと衝突する前に前記
容器壁に衝突すると放電に至らない。イオン源やプラズ
マの典型的な動作圧力域は、概ね１Ｐａ以下であり、必
要な容器寸法は数mm以上になることから、本第１実施の
形態では、放電容器27の側壁２と遮蔽材29との間隙28を
１mm以下にしている。

【００４０】第２実施の形態は請求項４または請求項５
に係り、遮蔽材の材質に関し、上記第１実施の形態の変
形であることから、第１実施の形態における構成部分
と、その作用及び効果については同様であることから説
明を省略して、異なる点に付いて説明する。上記図１に
おける遮蔽材29の材質として、光学的に不透明な材質の
誘電体であるアルミナセラミクスを用いた構成とする。

【００４１】上記構成による作用としては、前記遮蔽材
29が前記側壁２と同じ石英とは異なり不透明であること
から、放電領域５において発生するプラズマの発光が遮
蔽される。これにより、プラズマの輻射光による石英製
の側壁２の熱負担を減少させるので信頼性が向上する。

【００４２】なお、前記したように遮蔽材29を設置する
目的は、発光されたプラズマの熱や粒子の衝撃から側壁
２を保護することであり、真空状態の保持ではない。従
って、遮蔽材29は真空保持のできる構造である必要はな
く、このために一体構造でなくともよい。

【００４３】第３実施の形態は請求項６に係り、遮蔽材
の材質に関し、上記第１実施の形態の変形であることか
ら、第１実施の形態における構成部分と、その作用及び
効果については同様であることから説明を省略し、異な
る点について説明する。上記図１における遮蔽体29の材
質として、光学的に透明な材質の誘電体である石英を用
いた構成とする。

【００４４】上記構成による作用としては、放電遮蔽壁
の少なくとも一部を光学的に透明な石英とすることによ
り、プラズマを目視で観測したり、プラズマの発する光
を放電容器外へ導き出すことができる。導き出した光を
分光器等を用いることによりプラズマの状態を分析する
ことができる。もちろん、この場合は上記第２実施の形
態と異なり、プラズマの輻射光が放電容器壁に達して熱
負荷の一部となるが、プラズマの観測や監視を優先して
行いたい場合にはかかる構成が有用である。

【００４５】第４実施の形態は請求項７に係り、遮蔽材
の形状に関し、上記第１実施の形態の変形であることか
ら、第１実施の形態における構成部分と、その作用及び
効果については同様であることから説明を省略して、異
なる点に付いて説明する。

【００４６】図２及び図３は上記図１におけるＡ−Ａ線
に沿った断面図で、図２においては遮蔽材30を多数の小
片30ａを組合わせると共に、小片30ａ同士の接合部を放
電領域５のプラズマ光が放電容器の側壁２を直視しない
角度に傾斜させて構成している。また、図３においては
遮蔽材31を多数の小片31ａを組合わせ、小片31ａ同士の
接合部を鍵型として放電領域５のプラズマ光が、側壁２
を直視しない形状に構成している。

【００４７】上記構成による作用としては、遮蔽材30，
31を多数の小片30ａ，31ａを連続して組合わせているこ
とから、遮蔽材30，31の組み立てが容易になると共に、
遮蔽材30，31の交換も部分的に行えることから保守性に
優れている。なお、前記多数の小片30ａ，31ａの組合わ
せをする接合部の形状については、上記図２及び図３に
示す以外の形状であっても、プラズマが側壁２を直視し
ない形状であれば良い。

【００４８】第５実施の形態は請求項８または請求項10
に係り、側壁と遮蔽材の補強に関し、上記第１実施の形
態の変形であることから、第１実施の形態における構成
部分と、その作用及び効果については同様であることか
ら説明を省略して、異なる点に付いて説明する。

【００４９】図４及び図５は上記図１におけるＢ−Ｂ線
に沿った要部拡大断面図で、この内で図４については、
放電容器の側壁32の外表面に補強材として金属製の細線
33を固着すると共に、遮蔽材34の内表面に補強材である
金属製の細線33を固着する構成としている（請求項
８）。なお、前記補強材である金属製の細線33は、ソレ
ノイドコイル６の軸と平行の方向に配置する（請求項1
0）。

【００５０】また、図５については上記図４の変形例で
あり、放電容器の側壁35の内部に補強材として金属製の
細線33を埋設すると共に、遮蔽材36の内部に補強材であ
る金属製の細線33を埋設する。さらに前記金属製の細線
33は、ソレノイドコイル６の軸と平行の方向に配置した
構成としている。

【００５１】上記構成による作用としては、放電容器の
側壁32，35及び遮蔽材34，36には、それぞれ補強材であ
る金属製の細線33が固着あるい埋設されているので、万
一側壁32，35及び遮蔽材34，36に亀裂が生じた場合で
も、それらが飛散することが防止できるので、安全性と
信頼性が高い。

【００５２】また、前記補強材である金属製の細線33
は、機械強度と共に熱伝導度に優れているので、側壁3
2，35及び遮蔽材34，36の冷却機能にも寄与し、プラズ
マの熱や粒子の衝撃にも強くなる。さらに、金属製の細
線33がソレノイドコイル６の軸に平行な方向に設置して
いるので、ソレノイドコイル６で誘導された磁場は放電
容器27内へ進入できる。

【００５３】第６実施の形態は請求項９または請求項10
に係り、側壁と遮蔽材に関し、上記第５実施の形態の変
形であることから、第５実施の形態における構成部分
と、その作用及び効果については同様であることから説
明を省略して、異なる点に付いて説明する。

【００５４】図６及び図７は上記図１におけるＢ−Ｂ線
に沿った要部拡大断面図で、図６においては放電容器の
側壁37の外表面に、内部に冷媒を流す金属製冷却管38を
固着し、遮蔽材39の内表面に金属製冷却管38を固着して
補強材を兼用した構成とする（請求項９）。なお、前記
金属製冷却管38は、ソレノイドコイル６の軸と平行の方
向に配置している（請求項10）。

【００５５】また、図７は上記図６の変形例で、放電容
器の側壁40の内部に金属製冷却管38を埋設し、遮蔽材41
の内部に金属製冷却管38を埋設すると共に、ソレノイド
コイル６の軸と平行の方向に配置して補強材を兼用した
構成としている。

【００５６】上記構成による作用としては、放電容器の
側壁37，39及び遮蔽材40，41には、それぞれ補強材を兼
ねた金属製冷却管38が固着あるい埋設されており、冷媒
が流ているので、側壁37，39及び遮蔽材40，41は、いず
れも冷却されている。このため、機械強度が向上する共
に除熱効果からプラズマの熱や粒子の衝撃に強く、万
一、側壁37，39及び遮蔽材40，41に亀裂が生じた場合で
も、それらが飛散することが防止できるので、安全性と
信頼性が高い。

【００５７】第７実施の形態は請求項11乃至請求項13に
係り、放電容器の保護に関し、上記第１実施の形態の変
形であることから、第１実施の形態における構成部分
と、その作用及び効果については同様であることから説
明を省略して、異なる点に付いて説明する。

【００５８】高周波放電型プラズマ発生装置としては、
図８の縦断面図に示すように、放電容器42は石英製の側
壁２と金属製の天板フランジ３、および下部フランジ４
により囲むと共に、前記側壁２の内側に隙間28を介して
石英製の遮蔽材29を設けて、内部に放電領域５を形成す
る。

【００５９】また、前記側壁２の外周で天板フランジ３
と下部フランジ４の間に、側壁２の外周を保護する真空
封止可能な金属容器43を設けて、この金属容器43と側壁
２との間に領域44を形成する（請求項11）。さらに、前
記領域44と連通して、圧力調整をするガスの供給と排気
のための供給弁45及び排気弁46による開閉機構を設け
て、領域44における圧力を前記放電領域５の圧力より低
く、あるいは高く維持可能に構成する（請求項12，1
3）。

【００６０】上記構成による作用としては、金属容器43
により側壁２に対する機械的保護と真空封止が行われる
ことから、外力から放電容器42を保護すると共に、万
一、側壁２が破損した場合には、この金属容器43によっ
て真空状態を保持されるので、イオン源、プラズマ源を
組み込んだ装置全体に大きな被害が及ばない。

【００６１】また、図８のような構成にしたときには、
側壁２と金属容器43との間の領域44において放電が発生
してはならない。この領域44における放電を防止するに
は、前述のようにガス分子が連続して電離しない条件を
選べば良いので、領域44の圧力を放電容器42の内の放電
領域５の圧力よりも十分低くするか、十分高くすればよ
い。

【００６２】例えば、前記領域44の圧力を放電容器42内
の圧力の100 分の１程度にすれば、この領域で放電する
ことはない。また、側壁２が破損してもイオン源内部の
圧力が上昇せず、プラズマ発生装置全体にも影響はほと
んどない。この領域44の圧力を低く保つためには、側壁
２と金属容器43の間の領域44を排気するための真空装置
が必要になり、開閉機構における排気弁46を開いて、図
示しない真空装置により吸引する。

【００６３】一方、領域44の圧力を例えば大気圧に設定
しても、この領域44で放電することはない。このように
圧力が高い場合には、荷電粒子は高周波電場で加速され
ても、十分高エネルギーに加速される前にガスと衝突し
てしまうために、連続してたガス分子の電離が生じな
い。なお、領域44の圧力を大気圧に設定すると、放電容
器42が破損するとイオン源内部の圧力が上昇するが、領
域44の容積を十分小さく設定することにより、プラズマ
発生装置の運転に影響しないようにすることができる。

【００６４】また、前記領域44の圧力を大気圧にした場
合には、特別な排気装置等を必要とせず、開閉機構にお
ける供給弁45を開いて、大気と連通すれば良く、前記圧
力を低く設定する場合よりも簡単な構成ですむ。従っ
て、領域44の圧力は、イオン源を含むプラズマ発生装置
の圧力上昇を避けたい場合は低くすれば良く、装置構成
を簡単にしたい場合は大気圧に設定すれば良い。

【００６５】第８実施の形態は、放電容器の構成に関
し、上記第１実施の形態乃至第７実施の形態の変形であ
ることから、第１実施の形態乃至第７実施の形態におけ
る構成部分と、その作用及び効果については同様である
ことから説明を省略して、異なる点に付いて説明する。
上記第１実施の形態乃至第７実施の形態においては、放
電容器の側壁部を誘電体で構成し、天板フランジには金
属を用いた例を示している。しかし本発明に係わる放電
容器は、これらの実施例に限定されるものではない。

【００６６】図９の縦断面図に示すように、放電容器47
は側壁部と天板部を一体とした誘電体48で構成すると共
に、誘電体48の内部に遮蔽材49を配置して、内部に放電
領域５を形成する。また、この遮蔽材49の天板部の内側
には冷却管50を設置して、遮蔽材49を冷却している。さ
らに、前記誘電体48は、全体を電磁遮蔽体７で覆った構
成としている。これにより、側壁２に遮蔽材29を設置し
た場合と同じ効果が得られる。

【００６７】なお、以上の各実施の形態においては、放
電容器が矩形の例により説明したが、本発明は放電容器
の形状に関係なく、例えば円筒形放電容器の場合であっ
ても、同じ効果が得られる。また上記各実施の形態で
は、遮蔽材が一層の場合について説明したが、層数には
限定されず、遮蔽材の数が増加するに従い、製作の手間
は増すがプラズマ発生装置の安全性も増加する。

【００６８】さらに本発明は、その要旨を逸脱しない範
囲で適宜変更して実施されるもので、また、上記イオン
源のほかに、高周波プラズマを用いる半導体製造設備や
化学処理装置等の高周波放電型プラズマ発生装置に適用
されて、優れた効果が得られる。

【００６９】

【発明の効果】以上本発明によれば、誘電体で放電容器
壁を構成すると共に、前記放電容器壁の内側に誘電体で
構成した遮蔽材を設置することにより、高周波とプラズ
マとの結合に影響を与えることなく、放電容器壁の損傷
を防止して、高周波放電型プラズマ発生装置の運転効率
と安全性のみならず、これを採用した各種装置における
稼動効率と信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施の形態の高周波放電型プ
ラズマ発生装置の縦断面図。

【図２】本発明に係る第３実施の形態で、図１における
Ａ−Ａ線に沿った断面図。

【図３】本発明に係る第３実施の形態の別の例で、図１
のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図４】本発明に係る第４実施の形態で、図１のＢ−Ｂ
線に沿った要部拡大断面図。

【図５】本発明に係る第４実施の形態の別の例で、図１
のＢ−Ｂ線に沿った要部拡大断面図。

【図６】本発明に係る第５実施の形態で、図１のＢ−Ｂ
線に沿った要部拡大断面図。

【図７】本発明に係る第５実施の形態の別の例で、図１
のＢ−Ｂ線に沿った要部拡大断面図。

【図８】本発明に係る第６実施の形態の高周波放電型プ
ラズマ発生装置の縦断面図。

【図９】本発明に係る高周波放電型プラズマ発生装置の
縦断面図。

【図１０】従来の高周波放電型プラズマ装置の縦断面
図。

【図１１】従来の他の高周波放電型プラズマ装置の縦断
面図。

【図１２】従来のその他の高周波放電型プラズマ装置の
縦断面図。

【符号の説明】

１，20，24，27，42，47…放電容器、２，25，32，35，
37，40…側壁、３…天板フランジ、４…下部フランジ、
５…放電領域、６…ソレノイドコイル、７…電磁遮蔽
材、８，９…永久磁石、10…ゴムリング、11…冷却水
路、12…孔、13，14，15…引き出し電極、16…イオンビ
ーム、17，18，19…絶縁材、21…ファラディシールド、
22…真空容器、23…調整弁、26…電流導入部、28…隙
間、29，30，31，34，36，39，41，49…遮蔽材、30ａ，
31ａ…遮蔽材の小片、33…細線、38…金属製冷却管、43
…金属容器、44…領域、45…供給弁、46…排気弁、48…
一体容器、50…冷却管。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器壁の一部あるいは全部を誘電体で構
   成した放電容器内に所定のガスを導入すると共に前記放
   電容器の外周に設置したソレノイドコイルに高周波を通
   電してガスを放電させてプラズマを形成するプラズマ発
   生装置において、前記放電容器壁の内側に誘電体による
   遮蔽材を設けたことを特徴とする高周波放電型プラズマ
   発生装置。
2. 【請求項２】 前記放電容器に設けた遮蔽材を、冷却す
   ることを特徴とする請求項１記載の高周波放電型プラズ
   マ発生装置。
3. 【請求項３】 前記放電容器が、前記容器壁と前記遮蔽
   材の間に間隙を設けたことを特徴とする請求項１記載の
   高周波放電型プラズマ発生装置。
4. 【請求項４】 前記放電容器に設けた遮蔽材が、光学的
   に不透明としたことを特徴とする請求項１記載の高周波
   放電型プラズマ発生装置。
5. 【請求項５】 前記放電容器に設けた遮蔽材を、アルミ
   ナセラミクスで構成したことを特徴とする請求項４記載
   の高周波放電型プラズマ発生装置。
6. 【請求項６】 前記放電容器に設けた遮蔽材を、石英で
   構成したことを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生
   装置。
7. 【請求項７】 前記放電容器に設けた遮蔽材が、複数の
   小片で構成したことを特徴とする請求項１記載の高周波
   放電型プラズマ発生装置。
8. 【請求項８】 前記放電容器が、放電容器壁および遮蔽
   材を構成する誘電体の表面あるいは内部に複数の補強材
   を固着あるいは封入したことを特徴とする請求項１記載
   の高周波放電型プラズマ発生装置。
9. 【請求項９】 前記放電容器が、放電容器壁および遮蔽
   材を構成する誘電体の表面あるいは内部に複数の金属製
   冷却管を設置したことを特徴とする請求項１記載の高周
   波放電型プラズマ発生装置。
10. 【請求項１０】 前記金属製の補強材および金属製冷却
    管をソレノイドコイルの軸に平行な方向に配置したこと
    を特徴とする請求項８または請求項９記載の高周波放電
    型プラズマ発生装置。
11. 【請求項１１】 前記放電容器を、真空封止が可能な容
    器に収納したことを特徴とする請求項１記載の高周波放
    電型プラズマ発生装置。
12. 【請求項１２】 前記放電容器が、前記放電容器と真空
    封止が可能な容器で囲まれた領域にガスの導入および排
    気用の開閉機構を設けたことを特徴とする請求項11記載
    の高周波放電型プラズマ発生装置。
13. 【請求項１３】 前記放電容器が、前記放電容器と真空
    封止が可能な容器に囲まれた領域の圧力を前記放電容器
    内の圧力より低く、あるいは高くしたことを特徴とする
    請求項11または請求項12記載の高周波放電型プラズマ発
    生装置。